15.E：太阳——花园综艺之星（练习）

Last updated
Save as PDF

Page ID: 203183

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

为了进一步探索

文章

Berman，B. “太阳风暴怎么会关闭地球。” 天文学（2013年9月）：22。关于太阳事件如何伤害我们的文明的最新回顾。

弗兰克，A. “在太阳风中吹来。” 天文学（1998 年 10 月）：60。关于 SOHO 航天器的结果。

Holman，G. “太阳耀斑的神秘起源。” 《科学美国人》（2006 年 4 月）：38。涉及磁重连的新想法和对耀斑的新观察。

James，C. “太阳预报：暴风雨即将来临。” 天空与望远镜（2007 年 7 月）：24。关于太阳爆发和对地球的影响以及我们如何监测 “太空天气” 的精彩回顾。

舍费尔，B. “改变世界的太阳黑子。” 天空与望远镜（1997 年 4 月）：34。与太阳黑子和太阳活动有关的历史事件。

Schrijver，C. 和 Title，A. “今天的太阳科学”。 《天空与望远镜》（2001 年 2 月）：34；（2001 年 3 月）：34。对最近有关太阳大气的结果的精彩评论。

Wadhwa，M. “混沌秩序：创世纪采样太阳风。” 天文学（2013 年 10 月）：54。在一颗返回太阳风样本的卫星上。

网站

斯滕·奥登瓦尔德博士的 “太阳风暴” 网站：http://www.solarstorms.org/。

欧空局/美国宇航局的太阳和日光层天文台：http://sohowww.nascom.nasa.gov。一项卫星任务，有丰富的网站可供探索。

高海拔天文台太阳简介：www.hao.ucar.edu/education/basic.php。适合初学者。

美国宇航局的太阳任务：https://www.nasa.gov/mission_pages/s...ons/index.html。很好地总结了美国宇航局的许多卫星和任务。

NOAA 太空天气简介：www.swpc.noaa.gov/sites/defau... r_2010_new.pdf。一本入门书。

NOAA 太空天气预报中心信息页面：www.swpc.noaa.gov/content/edu... n-and-outreach。包括入门书、视频、课程和培训模块。

Nova Sun Lab：http://www.pbs.org/wgbh/nova/labs/lab/sun/。视频，科学家简介，来自PBS科学计划的与活跃太阳有关的研究挑战。

太空天气：太阳风暴：www.swpc.noaa.gov/sites/defau... wx_booklet.pdf。一本来自 NOAA 的插图小册子。

斯坦福太阳能中心：http://solar-center.stanford.edu/。一个为学生和老师提供信息的绝佳网站。

应用程序

这些可以实时告诉你和你的学生更多关于太阳上正在发生的事情。

美国宇航局的三维太阳：http://3dsun.org/。

美国宇航局太空天气：itunes.apple.com/us/app/nasa... 422621403？ mt=8。

Solaris Alpha：play.google.com/store/apps/d... y.solarisalpha

太阳能监视器专业版：www.solarmonitor.eu/。

视频

太阳之旅：https://www.youtube.com/watch?v=fqKFQ7z0Nuk。2010 KQED Quest TV Program 主要讲述太阳动力学天文台航天器及其发射和能力，但有关于太阳工作原理的良好一般信息（12:24）。

NASA | SDO：三分钟内三年——附专家评论：https://www.youtube.com/watch?v=QaCG0wAjJSY&src。太阳动力学天文台对太阳进行3年观测的视频制作成了加速电影，并附有太阳物理学家亚历克斯·杨的评论（5:03）。

我们的爆炸太阳：http://www.youtube.com/watch?v=kI6YGSIJqrE。托马斯·伯杰博士在 2011 年硅谷天文学系列讲座中发表的公开讲座视频，内容涉及太阳活动以及最近的卫星观测和理解太阳活动（1:20:22）。

外面有雨火：www.nytimes.com/video/science... htm emc=eta1。《纽约时报》科学记者丹尼斯·奥弗比（Dennis Overbye）对《太阳报》的精彩概述和介绍（2:28）

太空天气影响：www.swpc.noaa.gov/content/edu... n-and-outreach。来自 NOAA 的视频 (2:47)；https://www.youtube.com/playlist?lis...bIUzBO6JI0Pvx0。来自国家气象局的视频（四个短视频）（14:41）。

太空天气：太阳风暴：http://www.youtube.com/watch?v=vWsmp4o-qVg。美国自然历史博物馆的科学公报，介绍了太阳上发生的事情导致太空天气的背景（6:10）。

太阳风暴：www.livescience.com/11754-sun... nic-world.html。来自 Starry Night 公司的文章，讲述了现在和过去来自太阳的风暴（4:49）。

Sunspot Group AR 2339 穿越太阳：http://apod.nasa.gov/apod/ap150629.html。短视频（带音乐）为太阳动力学天文台拍摄了一个特别大的黑子群穿过太阳脸部的动画图像（1:15）。

太阳上发生的事情不会停留在太阳上：https://www.youtube.com/watch?v=bg_gD2-ujCk。来自美国国家海洋和大气管理局：太阳、太空天气及其影响以及我们如何监测太阳简介（4:56）。

协作小组活动

让你的小组列出太阳个人影响你在地球上生活的所有方式。（考虑一下日常影响以及高太阳活动造成的异常影响。）
早在人们完全了解太阳的本质之前，天文学家（兼行星发现者）威廉·赫歇尔（1738—1822 年）就提出，炎热的太阳内部可能很凉爽，可以有人居住。让你的小组讨论这个提议，并提出反对它的现代论点。
我们讨论了欧洲人向北美的移民显然是如何受到短期气候变化的影响的。如果地球变得明显变热，要么是因为太阳的变化，要么是因为温室变暖，那么一个影响就是极地冰盖融化的速度加快。这将如何影响现代文明？
假设我们在地球上经历了另一个 Maunder Minimum，它伴随着平均气温的下降，就像欧洲的小冰河时代一样。让你的小组讨论这将如何影响文明和国际政治。列出你能想到的最严重的影响。
观察黑子在太阳盘上移动是表明我们的恒星在其轴线上旋转的一种方式。你的小组能想出其他方法来显示太阳的旋转吗？
假设将来，我们既能预测太空天气，又能预测地球上的天气。假设我们有几天的警告，一场大太阳风暴即将来临，它将使带电粒子使地球的磁层超负荷，并向我们的星球发射更多的紫外线和X射线。你的小组有没有讨论我们可以采取哪些措施来保护我们的文明？
让你的小组成员在线研究，找出太空中有哪些卫星可以帮助天文学家研究太阳。除了搜索美国宇航局的卫星外，您还可以查看欧洲航天局和日本航天局发射的卫星。
一些科学家和工程师正在考虑建造一个 “太阳帆”，它可以利用太阳的风或能量推动航天器远离太阳。例如，行星协会是一个非营利组织，正在努力启动太阳帆。让你的团队就太阳帆项目的现状以及人们对未来的梦想做一份报告。

查看问题

描述地球和太阳组成之间的主要区别。
描述能量是如何从太阳的核核心流向大气层的。包括每个层的名称以及能量如何在层中移动。
绘制太阳大气层的草图，显示光圈、染色圈和日冕的位置。每个区域的大概温度是多少？
为什么黑子看起来很黑？
太阳活动周期的哪些方面的周期约为11年？在大约 22 年的间隔内，哪些会有所不同？
总结一下证据，表明在几百年或更长的时间里，太阳活动水平发生了变化。
这是什么 Zeeman 效应？它告诉我们关于太阳的什么？
解释太阳发电机理论是如何产生平均22年的太阳活动周期的。包括发电机的位置和机制。
比较和对比光圈上方的四种不同类型的太阳活动。
导致太空天气的两个来自太阳的粒子来源是什么？它们有什么不同？
太阳上的活动如何影响地球和太阳系其他地方的人类技术？
太阳上的活动如何影响地球上的自然现象？

思想问题

表中\(15.1.1\)显示太阳的密度为 1.41 g/cm ³。既然其他材料，例如冰，具有相似的密度，你怎么知道太阳不是由冰组成的？
从太阳的核心开始向外移动，温度会降低。然而，在光圈上方，温度升高。怎么会这样？
由于太阳的旋转周期可以通过观察黑子的表观运动来确定，因此必须对地球的轨道运动进行校正。解释修正是什么以及修正是如何产生的。绘制一些草图可能有助于回答这个问题。
假设形成一个（极其假设的）细长的黑子，它沿着太阳的固定经度从纬度30°延伸到纬度40°。随着太阳的旋转，黑子的外观将如何变化？（这个数字\(15.2.5\)应该可以帮助你弄清楚这一点。）
文中解释了在黑子附近发现了黑子，但图\(15.2.6\)显示它们即使在没有黑子的区域也会出现。这可能是什么解释？
为什么要在可见光下观察到耀斑，而在X射线和紫外线下亮得多了？
如此之大且 “漂浮” 在日冕中的突出物怎么能在耀斑逃脱的同时保持对太阳的引力附着呢？
如果你担心太空天气并想避开它，那么地球上最安全的居住地在哪里？
假设你生活在加拿大北部，据报道，太阳上有极强的耀斑。你可以采取什么预防措施？什么可能是积极的结果？

自己搞清楚

太阳的边缘不必绝对锋利就能这样看待我们。它只需要在小于眼睛分辨的距离内从透明变为完全不透明。请记住，从天文仪器中记住，解析细节的能力取决于望远镜孔径的大小。相对于望远镜的大小，你的眼睛的瞳孔非常小，因此你能看到的细节量非常有限。实际上，你的眼睛看不到小于太阳直径1/30（大约 1 弧分钟）的细节。几乎所有来自太阳的光都来自只有大约 400 千米厚的层。这是太阳直径的几分之一？这与人眼解析细节的能力相比如何？假设我们可以看到光直接从厚度为 300,000 km 的层中冒出。太阳会看起来有锋利的优势吗？
表明太阳92％的原子是氢的说法与表中关于太阳质量的73％由氢组成的说法是一致的\(15.1.2\)。（提示：做一个简化的假设，这几乎是正确的，即太阳完全由氢气和氦气组成。）
根据来自太阳东部和西部边缘的光谱线的多普勒偏移，天文学家发现两条边的径向速度相差约 4 km/s，这意味着太阳的旋转速率为 2 km/s。找出太阳的大致旋转周期（以天为单位）。球体的周长由 2 R 给出，其中 R 是球体的半径。
假设黑子的平均周期为11年，那么在那个周期中，太阳赤道会产生多少转？与赤道相比，较高的纬度会产生更多或更少的转速？
本章将黑子的平均周期定为11年。使用图表对此进行验证\(15.4.3\)。
任何天文物体的逃逸速度都可以通过以下公式计算\(v_{\text{escape}} = \sqrt{2GM/R}\)。使用附录 E 中的数据，计算太阳光圈的逃逸速度。既然日冕物质抛射从日冕中逸出，那么从那里逃离的速度会大于还是小于从光圈逃出的速度？
假设你在宇航员绕地球运行时观察到一个重大的太阳耀斑。使用文本中的数据来计算在耀斑期间从太阳喷射的带电粒子到达它们需要多长时间。
假设喷发突出物以 150 km/s 的速度上升。如果它不改变速度，那么 3 小时后它会延伸到光圈多远？这个距离与地球的直径相比如何？
根据图中的信息\(15.3.4\)，估计芝商所中（c）和（d）部分中的粒子远离太阳的速度。