Échelles de calibre en astronomie

Original: http://fuse.pha.jhu.edu/~wpb/scale.html

 

William P. Blair, Johns Hopkins University
Version 1.3, octobre 2004

Voici quelques démonstrations pour utilisation en classe qui devrait vous aider à placer les tailles et les distances des objets astronomiques dans une perspective plus compréhensible. Ces manifestations sont efficaces pour tous les groupes d’âge, bien qu’il est recommandé de régler le niveau de détail pour les groupes d’âge plus jeunes. L’idée ici est de communiquer les dimensions relatives et les distances d’objets divers, sans se faire attraper trop vers le haut dans l’exactitude des comparaisons. (Une activité intéressante de niveau Collège serait de faire une maquette système solaire plus précise qui s’inscrirait dans la Cour de l’école comme un projet de suivi.)

 

1. le système Terre-Lune

 

La lune est notre plus proche voisin dans l’espace, et encore même sa distance et la taille par rapport à la terre sont souvent mal compris. En outre, particulièrement parmi les groupes d’âge plus jeunes (qui ont une idée que les gens ont réellement été à la lune et retour, mais ne sais pas les détails), il semble exister un malentendu général que la navette spatiale peut voler la lune (car il va vers le haut dans l’espace extra-atmosphérique!). Voici une démonstration simple que j’ai trouvé efficace pour donner un certains sens hors du système Terre-Lune pour grand public.

 

Beaucoup de catalogues et de points de vente tels que „The Nature Company“ transporter des globes de ballon gonflable“plage“ de terre ; J’en ai un qui est d’environ 16 pouces de diamètre, ce qui est assez grand pour être généralement visible et reconnaissable dans une classe ou une petit auditorium (même depuis le fond de la salle!). [Selon votre auditoire, et ce même globe peut être utilisé avec un projecteur de diapositives ou autre source lumineuse dans un sombre salle de démontrer jour et nuit (rotation de la terre) et l’extrémité de l’axe de la terre par rapport à la direction du soleil, ce qui provoque les saisons. Voir mon écriture sur quelques démonstrations d’astronomie fondamentale pour âge primaire précoce.]

 

Voici les informations de base nécessaires à la démonstration : les distances à l’échelle et la taille.

Même à partir de la table ci-dessus, vous pouvez probablement voir où cela se passe ! En tout état de cause, voici ce que je fais :
Après un échange de vues préliminaire pour préparer le terrain, le ballon de plage est définie sur une table (ou ont une prise volontaire de la balle). Pour la lune, vous pouvez utiliser une balle de balle-molle ou de la mousse de polystyrène de 4-5 pouces de diamètre, ou j’ai trouvé commode de prendre un ballon blanc de ma poche et faire sauter jusqu’à la taille approximative. (De cette façon vous pouvez demander à l’auditoire comment la lune est grande par rapport à la terre et demandez-leur de dire „Stop!“ quand ils pensent que c’est la „bonne“ taille.)
Une fois que la taille de la lune a été mis en place, poser sur la distance de la lune de la terre sur cette échelle. Encore une fois, j’ai commencer par la lune, juste à côté de la terre et la clientèle de crier: « Stop! » quand ils pensent que c’est la bonne distance. J’ai commencer lentement dans un premier temps, puis prendre des mesures de plus en plus larges jusqu’à ce que je m’approche d’environ 40 pieds. (Selon votre configuration, vous peut-être dehors dans le couloir à ce moment-là!) Encore une fois, il s’exactement de 40 pieds loin n’est pas le point–seulement que la séparation est très grande par rapport aux attentes de la plupart des gens. J’ai généralement faire un point pour renforcer, à ce stade, que la lune transcrit un grand cercle autour de la terre à cette distance, prenant environ un mois (27 jours) pour faire le circuit.
Si commode, vous pouvez avoir une emprise bénévole la « lune » à la distance approximative alors que vous revenez à la « terre ». Maintenant ramener la navette spatiale dans l’image. Évidemment une navette « écailles » sur cette échelle serait invisible, donc j’utilise habituellement un petit modèle de la navette spatiale (environ 3 pouces) (qui peut être obtenu de diverses boutiques de cadeaux de la NASA ou le Smithsonian, ou même un magasin de jouets locaux) et faire une blague sur l’échelle de se tromper (juste pour s’assurer il n’y a pas de malentendu sur ce point!). Maintenant avoir un compte à rebours et le souffle la navette „en orbite“–seulement un demi-pouce au-dessus de la surface de la boule de la plage ! Je fais habituellement un ou plusieurs des points suivants (alors que le public reprend leurs mâchoires du sol) :

  • Que même cela à proximité de la surface de la terre, on est déjà dans „l’espace“.
  • Que tout ce que nous savons qui est vivant dans l’univers est inférieure à l’atmosphère ténue qui entoure la terre, sur la « surface » de la boule de la plage, si vous voulez.
  • Que la navette spatiale est vraiment un espace « camion » pour se rendre à l’orbite terrestre basse, mais il ne peut pas voler n’importe où près de la lune.
  • Que mettre les gens sur la surface de la lune (et encore moins sur la surface d’une autre planète) est une fonctionnalité totalement différente de leur mise en orbite autour de la terre.
À ce stade, selon le public et les objectifs généraux de votre présentation, vous pouvez prendre le plus loin de décrire la taille relative et la distance du soleil sur cette même échelle (voir tableau ci-dessus). Encore une fois, les nombres exacts sont moins importants que l’effet global. Un point de repère distinctif à une distance correcte environ ajoute une belle touche. Par exemple du campus de Homewood de Hopkins je dirais probablement que, « Sur cette échelle, le soleil est une grosse boule de gaz incandescent environ 150 pieds de diamètre siégeant dans l’arrière-port! »

2. le soleil, la terre et du système solaire
Cette manifestation prend juste l’idée ci-dessus une étape plus loin. Il peut être utilisé en conjonction avec ce qui précède, ou comme une manifestation séparée, encore une fois selon la taille et l’âge du public et du temps disponible.
Dans cette démonstration, nous utilisons le diamètre du soleil comme notre étalon et regardez le système solaire sur cette échelle. Le tableau ci-dessous donne un peu de l’information de base pour deux écailles différents d’intérêt, bien qu’en aucun cas ces deux doivent-ils être utilisés dans une présentation donnée.

Encore une fois, commencez par la mise en scène : que nous allons prendre le soleil ensemble et froisser il vers le bas pour un ballon de 3 pouces. Une balle de tennis (ou balle de crosse) est juste, mais j’ai aussi utilisé une petite orange ou mandarine à bon escient (surtout depuis la Floride Orange Growers Association voudrait nous faire croire que les oranges sont « capturée » soleil!).
Maintenant, allez à travers quelques étapes dans le tableau ci-dessus. Il est bon d’inclure la terre comme un point de référence et Jupiter parce que c’est la plus grosse planète. Y compris de Saturne (la planète suivante dehors de Jupiter) sont agréable car il montre comment rapidement les distances deviennent très grosses pour le système solaire externe, et Pluton, pour le meilleur de pour pire, est reconnu comme la plus lointaine planète (même si n’est plus considéré comme le « bord » du système solaire–mais c’est un autre sujet). Que Pluton est plus de trois terrains de football loin du soleil „orange“ peut être rendu encore plus efficace si vous êtes debout sur un terrain de football à proximité dans le temps ! En outre, renforcer l’idée que ces distances sont les rayons des orbites–que chaque planète balaie un grand « cercle » dans son voyage autour du soleil.
La zinger ici, est bien sûr, si vous faites la dernière étape dans le tableau ci-dessus (à l’autre le plus proche de l’étoile). Photos des amas d’étoiles ou de galaxies voisines sont trompeuses dans un sens parce que les vrais distances entre les objets ne sont pas souvent placés dans le contexte approprié. Notre galaxie, la voie lactée, est une immense spirale d’étoiles environ 100 000 années-lumière à travers. Environ 100 milliards d’étoiles peuplent la galaxie. Le soleil et ses plus proches voisins stellaires sont assez semblables en taille et en température, et donc le « orange » reste une référence de bonne taille. Cependant, la distance est une autre question. Au lieu d’utiliser les pieds ou les terrains de football, nous devons renforcer l’aune milles ou kilomètres. La plus proche étoile au soleil est un autre objet orange taille plus de 1400 kilomètres ! Je laisse la possibilité de décrire la taille de la voie lactée sur cette échelle (100 000 ly, qui peut évoluer jusqu’à 33 millions de km!) à votre discrétion, mais je pense que, en général, cette distance perd tout son sens à la plupart des gens.

3. autres écailles
Vous pouvez générer d’autres écailles au contenu de votre coeur ; vraiment tout ce dont vous avez besoin est un manuel d’astronomie bonne avec quelques chiffres et quelques accessoires de la dimension approximative de droite. Ici, je parle juste deux autres : celui qui « combine » les deux démonstrations ci-dessus dans une démonstration (plus courte) et celui qui prend un autre grand pas dehors dans l’univers.
un) intermédiaire exemple d’échelle
Dans de nombreuses situations, que vous pouvez définir l’échelle pour plus que juste la Terre–Lune système, mais en laissant la terre totalement insignifiant grain de sable peut être aller trop loin pour vos goûts. J’ai utilisé la mise à l’échelle suivante et réuni quelques faits saillants à la fois des démonstrations ci-dessus dans une présentation avec de bons résultats. Dans celui-ci, nous laissons la terre être revus à la baisse à 3 pouces (au lieu du soleil), qui conserve la plupart des tailles et des distances dans le domaine de la compréhension. Je trouve particulièrement efficace d’utiliser une terre « boule » ou le presse-papiers avec les continents marquées. Des boules de terre spongieux de la bonne dimension sont disponibles dans nombreuses boutiques de cadeau ou des jouets à des prix très raisonnables.

Dans cette présentation, vous pouvez toujours faire la démonstration de la « séparation de la Terre-Lune » par le haut à bon escient, mais la partie de la « navette au-dessus de la terre » (moins de 0,1 pouce à cette échelle) peut être trop petite. De même, l’étoile la plus proche étant 156 000 km sur cette échelle obtient assez grand, mais en combinaison avec Pluton étant seulement 22 km du soleil, il peut encore avoir l’effet désiré.

b) l’univers au-delà de…
(.. .ou du sublime au ridicule!)
Comme nous essayons de sortir des régions adjacentes au soleil, à l’échelle de notre galaxie, les galaxies proches et enfin l’univers lointain, il devient très difficile pour la plupart des gens à comprendre l’immensité vraie des distances à parcourir. Évidemment « km » ou « kilomètres » ne sont plus des unités utiles, et même le vénérable « année-lumière » devient seulement marginalement acceptable. Même le plus proche de la grande galaxie, la galaxie « Andromeda » (également connu sous le nom de Messier 31, ou M31) est à une distance stupéfiante de quelque 2 millions d’années-lumière loin (avec la connotation évidente j’espère que la lumière de même cette galaxie „voisine“ prend environ 2 millions d’années pour atteindre la terre)!. Que cette distance est considérée comme presque sans importance par rapport aux objets lointains connus dans l’univers, qui sont environ 10 milliards d’années-lumière loin (soit 5000 fois la distance vers notre „voisine“, M31) devrait donner une idée de l’ampleur du problème.

Pour fournir un encrage de ce à quoi ressemblent ces distances, j’ai utilisé la description qui suit avec le grand public à bon escient, en particulier en conjonction avec un ou plusieurs de ce qui précède pour lui donner la bonne perspective. Cela a été adapté et mis à jour d’une section d’un article intitulé « The Incredible Universe » dans le magazine National Geographic mai 1974, écrite par K. F. Weaver et J. P. Blair (aucun lien de parenté!). Il est particulièrement opportun compte tenu de la récente libération d’une image nouvelle, très sensible, obtenue par le télescope spatial Hubble montrant une région essentiellement « vide » du ciel à être littéralement jonchée de galaxies de tous types, formes et couleurs ! Estimations basées sur cette image montrent qu’il peut y avoir des fois 5 (ou plus) comme beaucoup de galaxies dans l’univers, comme le pensait auparavant, basé sur les meilleures données disponibles ! Ci-joint, mon adaptation :

Aujourd’hui, nous savons que les galaxies sont aussi communs que les brins d’herbe dans un pré. Le télescope spatial Hubble a récemment terminé un recensement particulièrement profond (faibles) d’un minuscule « faisceau de crayon » qui s’étend loin dans l’univers. Cette enquête, appelée le « Hubble Deep Field, » a été ciblée sur une région du ciel qui était presque dépourvue des objets connus, afin d’être (j’espère) représentatives des conditions dans l’univers lointain. Les images obtenues sont vraiment étonnants. Éparpillés à travers ce tout petit morceau du ciel sont peut-être 1500 ou plusieurs galaxies de toutes formes, tailles et couleurs ! Parce que cette enquête porte sur un tel petit morceau du ciel, les implications sont énormes : si la région du ciel délimité par le « bol » de la Grande Ourse ont été interrogée à la même profondeur, il contiendrait environ 32 millions de galaxies ! Et l’estimation pour l’ensemble de l’univers visible est qu’il y a plus de 40 milliards de galaxies, chaque contenant de dizaines à des centaines de milliards d’étoiles !

Mais comment comprendre la taille de cet univers rempli de galaxie et saisir le concept que la distance de la plupart des objets, nous pouvons voir sont peut-être (ou plus) de 10 milliards d’années-lumière ? Imaginez que la distance entre la terre et le soleil (93 millions de milles, ou environ 8 minutes-lumière) est compressée à l’épaisseur d’une feuille typique. Sur cette échelle, l’étoile la plus proche (4,3 années-lumière) est à une distance de 71 cm. Le diamètre de la voie lactée (100 000 années-lumière) exigerait une pile haute de 310 milles de papier, tandis que la distance de la galaxie d’Andromède (à 2 millions années-lumière celui d’objets lointains visibles à le œil nu) exigerait une pile de papier de plus de 6000 km de haut ! Sur cette échelle, le « bord » de l’univers, défini comme la distance la plupart connus des quasars quelque 10 milliards d’années-lumière par conséquent, n’est pas atteinte jusqu’à ce que la pile de papier est de 31 millions de km élevés–un tiers de la voie au soleil sur l’ampleur réelle des choses !

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William P. Blair

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