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介绍天文学的虚拟实验室

由田纳西大学和内布拉斯大学佩克尔·莱·李迈克尔·诺基特

Brooks / Cole虚拟天文学实验室由20个虚拟在线天文实验室(VLAB)组成,代表互动练习的采样,说明了介绍天文学中最重要的主题。练习意味着代表性,而不是详尽无遗的,因为介绍的天文学过于广泛,只能被20个实验室覆盖。材料在介绍性课程的太阳系部分中常见地区的常见位置均匀分成,并且与这种课程的星星,星系和宇宙学部分共同发现。VLABS与种子,PASachoff和Filippenko和Fraknoi,Morrison和Wolff文本包装,也可以作为独立产品购买。请访问布鲁克斯/科尔天文网站有关更多信息或联系当地的布鲁克斯/科尔代表。

有可能的使用

这种材料被设计为服务两个一般功能:一方面,它代表一组虚拟实验室,可以用作正常实验室环境或远程学习环境中的介绍天文学实验室序列的一部分或全部。另一方面,它意味着作为标准教科书补充的教程材料。虽然这是一种有效的材料,但它在组织中提出了一些问题,因为拇指规则)补充辅导材料更具概念,而天文实验室材料通常需要更多的动手解决问题,涉及至少一些基本数学的问题操纵。

因此,人们将在这些实验室中找到不同难度水平的材料。有些部分是高度概念的,强调学生可以在不通过涉及的任务的情况下推断出更多的质量答案。其他部分,即使在同一虚拟实验室内,也可能要求学生进行指导但非琐碎的分析以回答问题。在本手册中,我们将通过根据三个难度对VLAB的部分进行分类,并通过提供适用于几个不同级别的课程使用量的材料来提供特定环境的一些实验室和学生参与。

目录

Vlab Splash页面
  1. 单位,衡量和单位转换
  2. 光的性质及其与物质的互动
  3. 多普勒效应
  4. 太阳风和宇宙射线
  5. 行星地质学
  6. 潮汐和潮汐力量
  7. 行星大气和保留
  8. 辐射行星
  9. 小行星和kuiper带物体
  10. HelioSeismology
  11. 光谱序列和HR图
  12. 二元星星
  13. 恒星爆炸,Novae和Supernovae
  14. 中子恒星和脉冲
  15. 一般相对性和黑洞
  16. 天文距离鳞片
  17. 暗物质的证据
  18. 活跃的银基核心
  19. 哈勃律法
  20. 宇宙的命运

用户手册包含每个实验室的完整描述和屏幕截图。

仿真实例:小行星和Kuiper带对象 - 共振

Kuiper Belt Interactions工作表使用本节中的两个模拟器来教育学生关于KBO的分配。

下载:docx.PDF.

小行星带的有趣特征之一是缺乏具有某些半轴轴值的小行星。这些空隙中的一些 - 被称为kirkwood间隙 - 在直方图中清晰可见,显示出小行星的半约轴值的分布(点击打开)。这些差距来自Jupiter的谐振扰动,可以快速地拉出任何可能使这种半轴轴的小行星进入新轨道。

Kirkwood差距表明,共振可以影响小行星的轨道,但其他小型太阳系体呢?1992年,首批Kuiper皮带对象或Kbo被发现除了海王星的轨道之外。从那时起,已经发现了数百个冷,冰冷的物体。在Kuiper皮带中是显而易见的共振模式吗?

KBO分布的情节揭示了答案(点击打开)。在图表中,我们看到偏心率与半动脉轴绘制超过500 kBoS。该图的一个醒目特征是39.4 AU的KBO的列。这些是与海王星的2:3共振的kBoS - 即他们为每三个海王星轨道完成两个阳光轨道。这些也称为Plutinos,因为Pluto是该组的成员。

虽然共振显然影响了这些kBos,但它必须是不同的共振,而不是木星和主带小行星之间,因为这些kbos是有选择的保持在他们的轨道上而不是分散。到底是怎么回事?在VLAB中,我们鼓励学生通过注意到最接近海王星的距离取决于KBO的轨道参数来发现答案。KBO太接近海王星的风险是随着时间的推移被分散的风险。KBO轨道模拟器允许学生创建具有不同偏心和半臂轴的小行星,并遵循显示KBO-NEPTUNE距离的图表(点击打开)。创建一个带半臂轴的小行星,半起点39.39 Au和0.35的偏心率,你会看到Kbo从未比海王星横跨海王星的轨道路径,kbo从未变得比约23个au更近。

使用计算机模拟允许学生发现像KBO共振这样的关系是VLABS的中心特征。

交互式数据集示例:中子恒星和脉冲节 - 期间的分布

Pulsars迅速旋转中子恒星,发出非常规律,能量短爆发(通常在无线电波中,但有些脉冲条也闪烁在X射线和可见光中)。随着时间的推移,仔细观察pulsars,它们随着时间的推移而减缓,即他们的时期增加。该速率随着时间的变化被称为Spindown速率(标记为[P-P-DOT])。鼓励VLAB学生探讨交互式P-PDOT图中Pulsars的P和PDOT值(点击打开)

允许学生探索真正天文数据的数据集是VLABS的另一个主干。