大空間:太陽系的尺度

把科學帶回家:活動 14

關鍵概念
太陽系
空間
行星

摘自《國家科學教育標準》:天空中的物體

引言
你有沒有為學校製作過太陽系模型——或者甚至在書中見過太陽系的照片?行星通常靠得很近——並且靠近太陽。在現實世界中(也就是真實的太陽系中),行星彼此之間以及與太陽之間都非常遙遠(這對我們來說是件好事;如果地球離太陽很近,那就會太熱而無法居住!)。


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背景
離太陽最近的行星是水星,它距離太陽約 3600 萬英里(5700 萬公里)。地球呢?我們以安全且舒適的距離繞太陽執行,距離為 9320 萬英里(1.5 億公里)。

這是一個難以理解的巨大距離。但是,透過使用一些(非常小的)家用物品和(大量的)地面空間,我們可以更好地瞭解太陽和行星之間有多遠,特別是與它們的大小相比。

為了簡化此活動中的距離,您可以使用快捷測量方法,例如用成年人的腳長作為每英尺,或用成年人行走的步幅作為每碼或每米。我們將在下面提供精確的標準和公制測量值。

材料
•    九個小的、圓形的物體,大約像胡椒粒大小(直徑 0.1 英寸,或 2.5 毫米)
•    捲尺
•    九張小紙片,分別標記為太陽和行星(水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星)
•    室內地板或室外地面上 21.5 英尺(6.6 米)長的清晰路徑
•    一個葡萄柚(可選)
•    兩粒食鹽(可選)
•    兩粒海鹽(可選)
•    至少在一個方向上 35 英尺(10.7 米)的空間(可選)

準備
•    太陽系有多大?它主要是行星擁擠還是主要空曠?
•    嘗試清理一條 21.5 英尺(8.6 米)長的直線路徑。如果您沒有那麼多空間,請至少清理 4 英尺(1.2 米)的空間。

步驟
•    將第一粒胡椒粒放在路徑的一端,並將其標記為太陽。
•    測量 3.3 英寸(8 釐米),然後放置第二粒胡椒粒。將標記為水星的標籤放在它旁邊——它是離太陽最近的行星。(如果我們製作太陽系的比例模型,它不會與胡椒粒大小的太陽相同大小,但對於肉眼來說幾乎是看不見的:直徑 0.0002 英寸,或 0.005 毫米!)
•    返回太陽,測量出 6.2 英寸(15.7 釐米)。放置第三粒胡椒粒並標記為金星。
•    你知道下一粒胡椒粒將代表什麼嗎?你能猜到它離太陽有多遠嗎?
•    從太陽測量出 8.6 英寸(21.8 釐米),然後放置下一粒胡椒粒——這粒代表地球行星!
•    下一顆行星是火星,它應該放置在離太陽 13.1 英寸(33.3 釐米)的位置。
•    返回太陽,現在測量出 3 英尺 8.2 英寸(1.1 米),然後再放置下一粒胡椒粒。將這顆行星標記為木星。(這是最大的行星,但如果太陽有胡椒粒那麼大,它仍然比一粒食鹽小。)
•    下一粒胡椒粒將是土星,它將距離太陽 6 英尺 10 英寸(2.1 米)。
•    現在從太陽測量 13 英尺 9 英寸(4.2 米),然後再放置下一粒胡椒粒,即天王星。
•    我們太陽系中的最後一顆行星是海王星。從太陽測量出 21 英尺 6.6 英寸(6.6 米),並將最後一粒胡椒粒和行星標籤放在那裡。
•    站在海王星胡椒粒旁邊,看著太陽。如果你住在海王星上,太陽看起來會像在地球上一樣大嗎?太陽發出大量的光和熱,但與地球相比,海王星會得到多少?
•    額外內容:想更好地瞭解行星與太陽相比有多小嗎? 嘗試使用一個葡萄柚——直徑約 4 英寸(10 釐米)——作為太陽。如果行星在這個模型中按比例大小和間距排列,那麼離太陽最近的行星水星將是一粒食鹽,距離太陽 13 英尺 10.5 英寸(4.2 米)。金星的大小大約是一粒海鹽,距離太陽 25 英尺 10.7 英寸(7.9 米)。而地球也大約是一粒粗海鹽的大小——距離太陽 35 英尺 8.2 英寸(10.9 米)。海王星呢? 它將距離葡萄柚大小的太陽超過 1416 英尺(431.6 米)。
•    額外內容:想嘗試用其他大小的物體構建太陽系嗎? 嘗試在 Exploratorium 的構建太陽系模型計算器中插入它們的大小。

繼續閱讀以瞭解觀察結果、結果和更多資源。

觀察和結果
當您站在太陽旁邊時,您能看到海王星胡椒粒嗎?行星之間相隔如此遙遠是否讓您感到驚訝?當然,行星之間的空間並非完全空曠。有漂浮的岩石,稱為小行星,其中許多在火星和木星之間的小行星帶中繞太陽執行。

太陽系只是我們星系(而星系只是宇宙的一小部分)中微不足道的一部分。離我們太陽最近的恆星距離約為 25 萬億英里(4.24 光年)。那麼在胡椒粒大小的太陽宇宙中呢?它將相當於距離您的胡椒粒大小的太陽 36.6 英里(58.9 公里)。即使乘坐微型太空梭,這也是一段漫長的旅程。

分享您的太陽系模型觀察結果和結果!在下面留言或在大眾科學Facebook 頁面上分享您的照片和反饋。

清理
務必撿起所有的胡椒粒(或您用來標記行星和太陽的任何物體)。

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來自 Phrenopolis 的 太陽系比例模型
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Kenneth C. Davis 著,適合 9-12 歲兒童的 《關於太陽系,你知之甚少》

接下來…
取出早餐穀物中的鐵

您需要的物品
•    含有鐵的早餐穀物,例如強化玉米片(檢視標籤以瞭解每份含有多少鐵——越多越好!)
•    碗和勺子(或研缽和研杵)
•    磁鐵(儘可能強)
•    白色紙張
•    可重複密封的拉鍊袋(可選)
•    水(可選)

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