科学：小学教师指南/地球以外
- 我们的宇宙有多大？
我们无法准确回答“我们的宇宙有多大？”这个问题。根据研究，我们只能得到一个近似值。根据许多天文学家的研究，宇宙的年龄在 120 亿到 140 亿年之间。我们的宇宙由行星、天然卫星、矮行星、恒星、星系、星系际空间内容、最小的亚原子粒子以及所有物质和能量组成。
这一切都始于宇宙大爆炸。
- 行星是如何形成的？
据认为行星是在太阳星云中形成的。太阳星云是太阳形成后留下的气体和尘埃盘。目前被普遍接受的行星形成方法是吸积，在这个过程中，行星最初是围绕中心原恒星运行的尘埃颗粒。当云层坍缩时，它们开始朝着相同的方向旋转。然后，它们通过直接接触，物质开始粘在一起形成越来越大的团块，这些团块形成了直径高达 200 米的团块，而这些团块又相互碰撞，形成了更大的天体，即星子（行星的雏形），大小约为 10 公里（公里）。这些星子通过进一步的碰撞逐渐增大，在接下来的几百万年中，每年以厘米的速度增长。经过数百万年的时间和多次碰撞，行星系统开始走向成熟。
太阳是一颗恒星，也是太阳系中最大的天体，它位于银河系的中心，距离地球 9295 万英里。太阳被物质绕行，包括：行星、彗星、小行星、流星体和尘埃。太阳是地球生命的重要能源来源（为植物和其他生命形式提供光合作用），也驱动着地球的气候和天气。
太阳占太阳系总质量的 99.8% 以上（因为木星包含了剩余的质量）。目前，太阳的质量约为 70% 的氢，28% 的氦（按质量计），不到 2% 的其他金属。随着太阳在其核心将氢转化为氦，它的质量会随着时间而缓慢变化。通过核聚变反应产生约 3.86e33 兆瓦的能量，这被认为是太阳的能量输出。能量不断向外传播，穿过太阳表面，能量不断被吸收和重新发射，温度逐渐降低，因此，当能量到达太阳表面时，光主要是可见光。
太阳大约处于中年，在过去 40 亿年中没有发生显著变化，并将保持相对稳定，再过 50 亿年。然而，当其核心中的氢聚变停止后，太阳将经历剧烈变化，并变成一颗红巨星。
太阳能是来自太阳的辐射光和热量，它利用一系列不断发展中的技术来利用，例如太阳能加热、光伏发电、太阳能热能、太阳能建筑和人工光合作用。
太阳能是重要的可再生能源，其技术主要分为被动式太阳能和主动式太阳能，取决于它们捕获和分配太阳能或将其转化为太阳能的方式。主动式太阳能技术包括使用光伏系统、集中式太阳能和太阳能热水器来利用能量。被动式太阳能技术包括将建筑物朝向太阳，选择具有良好热质量或光散射特性的材料，以及设计自然流通空气的空间。
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恒星是由自身引力束缚在一起的明亮的等离子球体（主要由氢和氦组成）。太阳是距离地球最近的恒星。你可以在晚上从地球上看到其他恒星，由于它们距离地球非常遥远，因此许多恒星在夜空中是固定发光的亮点。比太阳小的恒星是红色的，比太阳大的恒星看起来是蓝色的。最著名的恒星被分组为星座和星群，最亮的恒星也拥有自己的名称。天文学家整理了大量的恒星目录，其中包括标准化的恒星命名法。恒星通过核聚变产生自身的光。当发生核聚变时，恒星会变热并发出明亮的光！
银河系是 1000 亿个星系中的一个。.
这是我们所在的星系！它的直径约为 120,000 光年，中心隆起部分的直径为 12,000 光年。
它真的非常多尘埃和气体，占可见物质的 10-15%。它由其他星系组成，几乎与宇宙本身一样古老！（136 亿年。）银河系是十个支持复杂生命存在的星系之一。与宇宙中的其他所有事物一样，银河系也在太空中运动。
外观
“银河系”可以被看作是跨越天空的 30 度宽的白色光带。尽管整个天空中的所有裸眼可见恒星都是银河系的一部分，但该光带中的光来自位于银河平面方向的未解析恒星和其他物质的积累。光带中的暗区，例如银河暗带和大麦哲伦星云，是来自遥远恒星的光被星际尘埃阻挡的区域。被银河系遮挡的天空区域被称为避开区。
银河系表面亮度相对较低。其可见度会受到背景光的影响，例如光污染或来自月球的散射光。为了使银河系可见，天空需要比每平方弧秒 20.2 等级暗。当极限星等约为 +5.1 或更好时，它应该可见，并且在 +6.1 时显示出很多细节。这使得在任何明亮的城市或郊区地区都难以看到银河系，但在月球在地平线以下时从农村地区观看时非常明显。
从地球上看，银河系的银河平面可见区域占天空面积，包含 30 个星座。银河系的中心位于人马座方向；这里银河最亮。从人马座开始，朦胧的白色光带似乎绕过银河反中心，位于御夫座。然后，这条带继续绕天空的其余部分，回到人马座。这条带将夜空分成两个大致相等半球。
银河平面与黄道面（地球轨道平面）倾斜约 60 度。相对于天赤道，它向北延伸至仙后座，向南延伸至南十字座，表明地球赤道平面和黄道面相对于银河平面的高倾斜度。银河北极位于赤经 12 时 49 分，赤纬 +27.4°（B1950），靠近后发座 β 星，银河南极靠近雕具座 α 星。由于这种高倾斜度，取决于夜晚和一年中的时间，银河系的弧线可能看起来相对较低或相对较高。对于地球表面大约 65 度北至 65 度南的观测者来说，银河系每天两次直接经过头顶。
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我们的太阳系包含所有围绕太阳运行的行星。它还包含卫星、小行星、矮行星、彗星、尘埃和气体。我们太阳系中的所有东西都绕着我们的太阳运行。太阳包含了太阳系中约 98% 的所有物质。太阳非常大，它有非常强大的引力。引力与物体的尺寸有关。物体越大，它的引力就越大。太阳的引力非常强大，它吸引着我们太阳系中的所有物体。
太阳系的形成始于 46 亿年前，当时一个巨大分子云的一小部分在引力的作用下坍缩。大部分坍缩的物质聚集在中心，形成了太阳，而其余部分则扁平化为一个原行星盘，行星、卫星、小行星和其他小型太阳系天体就是从这个原行星盘中形成的。星云假说是在目前最被接受的行星形成模型，它描述了太阳周围一个巨大圆盘中的气体和碎片慢慢地聚集到一起形成行星。太阳系中绝大多数的质量都集中在太阳上，其余大部分质量集中在木星上。四个较小的内行星，水星、金星、地球和火星，是类地行星，主要由岩石和金属组成。四个外行星是巨行星，其质量明显大于类地行星。其中最大的两个，木星和土星，是气态巨行星，主要由氢和氦组成；两个最外层的行星，天王星和海王星，是冰巨行星，主要由与氢和氦相比具有相对较高熔点的物质组成，称为冰，例如水、氨和甲烷。所有行星的轨道几乎都是圆形的，并且位于一个几乎平坦的圆盘内，这个圆盘称为黄道面。
太阳系自其最初形成以来已经发生了很大变化。许多卫星是在围绕其母行星的环绕气体和尘埃盘中形成的，而其他卫星被认为是独立形成的，后来被其行星捕获。还有一些其他卫星，例如地球的月球，可能是巨大碰撞的结果。天体之间的碰撞一直持续到今天，并且一直是太阳系演化的核心。行星的位置经常因引力相互作用而发生变化。现在认为这种行星迁移是造成太阳系早期演化的主要原因。
太阳系是一个引力束缚系统，包含太阳及其直接或间接绕其运行的天体。在那些直接绕太阳运行的天体中，最大的八个是行星[c]，其余的是明显更小的天体，例如矮行星和小太阳系天体。在那些间接绕太阳运行的天体中，卫星中有两个比最小的行星水星更大。
我们的太阳系有八颗行星围绕太阳运行。按距离太阳由近到远的顺序排列，它们是：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。冥王星，直到最近还被认为是最远的行星，现在被归类为矮行星。在距离太阳比冥王星更远的地方还发现了其他矮行星。一些小行星也是矮行星。
我们的月球是我们的行星的天然卫星。它很可能是由一个巨大的物体与地球碰撞后形成的。碰撞产生的碎片聚集起来形成了月球。这次碰撞发生在大约 45 亿年前。月球与地球的自转同步。同一面始终面向地球。
月球的引力影响着海洋潮汐、身体潮汐和昼长。月球的轨道距离约为地球直径的 30 倍，在天空看起来月球和太阳大小相同，因此在日全食期间，月球几乎完全遮挡了太阳。未来，匹配的视觉尺寸将无法继续。月球目前与地球之间的线性距离正在以每年 3.82 ± 0.07 厘米（1.504 ± 0.028 英寸）的速度增加，但这个速率并不恒定。
- 月球的两面都从太阳那里获得相同量的阳光。
- 海洋潮汐涨落的起因是月球对我们星球的引力。
- 月球正在远离地球。
- 一个人在月球上的体重会轻得多，因为月球的质量比地球小，引力也比地球小。
- 有 12 个人登上过月球——都是美国人。
- 月球没有大气层。
- 月球也有地震——就像地球一样。
- 月球是我们太阳系中第五大天然卫星。
- 月球可能会在 2019 年之前被人类再次访问。
月相或月球的相位是指从地球上的观测者看到的月球被照亮（太阳照射）部分的形状。月相随着月球绕地球运行而周期性地变化，取决于月球和太阳相对于地球的位置变化。
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月球的阴影实际上有两个部分
1. 半影 月球的微弱外阴影。从半影内可以看到日偏食。
2. 本影 月球的黑暗内阴影。从本影内可以看到日全食。
月食发生在月球直接经过地球后面进入地球的本影（阴影）时。这种情况只有在太阳、地球和月球完全或非常接近地对齐，地球位于中间时才会发生。月食只能在满月之夜发生。月食的类型和持续时间取决于月球相对于其轨道节点的位置。地球的阴影由两个锥形部分组成，其中一个嵌套在另一个里面。外阴影是一个区域，在那里地球会阻挡一部分但不是全部太阳光到达月球。相反，内阴影是一个区域，在那里地球会阻挡所有直射阳光到达月球。因此，月食只能在满月时发生。
月全食是指地球的影子完全遮挡了太阳光线，照射到月球上的阳光。我们看到的唯一的光线是通过地球影子折射的光线。这种光线看起来是红色的，原因和日落看起来是红色的相同，都是因为更蓝的光线被散射掉了。由于其红色的颜色，月全食有时被称为血月。
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月球，当然，自史前时代就为人所知。它是天空中的第二亮物体，仅次于太阳。当月球每月绕地球运行一次时，地球、月球和太阳之间的角度会发生变化；我们将其视为月球相位的循环。连续两次新月之间的间隔为 29.5 天（709 小时），略微不同于月球的轨道周期（相对于恒星测量），因为地球在这段时间内在其绕太阳的轨道上移动了相当大的距离。
朔望月是指月球经过其所有相位（新月、半月、满月）然后返回其原始位置所需的时间。月球完成一个朔望月需要 29 天、12 小时、44 分钟和 3 秒。
朔望月是指月球从一个特定相位，例如新月，回到同一个相位所需的时间。换句话说，月球必须回到其轨道上的点，在那里太阳从我们的角度来看处于相同的位置。由于月球是围绕太阳运行的，地球是其轨道的一部分，月球必须在每次轨道上稍微赶上一点。月球每次轨道运行需要额外 2.2 天才能赶上。
月球有时会因大气中的光线散射而显得颜色发生变化。月光必须经过比在高空中更多的地表大气才能到达我们，因此当月光到达我们时，所有光线中蓝色的部分已经被大气分子散射掉了，只剩下红色、黄色和橙色光。
当月球靠近地平线时，它看起来更偏红色，因为它的光线必须经过更多的大气。一旦它升到头顶，它看起来更偏黄色或白色。同样的过程发生在太阳升起时。在白天，月球还必须与被散射在大气中的阳光竞争，这会导致它看起来是白色的。
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- 新月：月球的背光面朝向地球。
- 娥眉月：月球看起来部分被阳光照亮，但不到一半。
- 上弦月：月球的一半看起来被阳光照亮。
- 盈凸月：月球看起来超过一半但未完全被阳光照亮。
- 满月：月球的正面朝向地球。月球看起来完全被阳光照亮。
- 亏凸月：月球看起来超过一半但未完全被阳光照亮。被照亮的部分在减少。
- 下弦月：月球的一半看起来被阳光照亮。被照亮的部分在减少。
- 残月：月球看起来部分被阳光照亮，但不到一半。被照亮的部分在减少。
当一个天体（例如月球或行星）进入另一个天体的阴影时，就会发生日食。地球上存在两种类型的日食：月食和日食。
- 月食
当地球的影子挡住了太阳光线时，就会发生月食，而太阳光线原本会反射到月球上。月食有三种类型——全食、偏食和半影食——其中最引人注目的是月全食，在这种情况下，地球的影子完全覆盖了月球。月食可以在晚上从地球上看到。月食有两种类型：月全食和月偏食。
- 日食
有时当月球绕地球运行时，它会移动到太阳和地球之间。当这种情况发生时，月球会挡住太阳光线到达地球。这会导致日食或日食。在日食期间，月球在地球上投下阴影。
日食有三种类型。
第一种是日全食。日全食只能从地球上的一个小区域看到。当月球的影子落在地球上时，处于月球影子中心的人才能看到日全食。天空变得非常黑暗，就像夜晚一样。为了发生日全食，太阳、月球和地球必须处于一条直线上。
第二种日食是日偏食。当太阳、月球和地球没有完全对齐时，就会发生这种情况。太阳看起来只有一小部分表面上有黑暗的阴影。
第三种是日环食。当月球距离地球最远时，就会发生日环食。由于月球距离地球更远，它看起来更小。它不会完全遮挡太阳的视野。位于太阳前方的月球看起来像一个黑暗的圆盘，叠在一个更大的太阳色圆盘上。这会产生看起来像围绕月球的环。
关于日食的一些事实是：每年有 2 到 5 次日食，日全食是指月球完全遮挡太阳，只留下微弱的太阳光晕，被称为全食，日全食很少见，平均每 18 个月才发生一次，还有一种日食，被称为混合日食，它在不同的观测位置上会发生全食和日环食的变化，这种日食相对少见，月球横穿太阳的速度约为每小时 2,250 公里（1,398 英里），从北极或南极来看，只能看到日偏食，日全食最长可持续 7 分 30 秒，全食带的最大宽度为 269 公里。
从地球上看，当月球经过太阳和地球之间，并且月球完全或部分遮挡太阳时，就会发生日食。
直接看太阳可能会造成永久性眼损伤或失明。在观看日食时，尤其是在某些阶段，佩戴特殊的护目镜非常重要。日食可能会持续两个小时，而全食阶段只持续大约 7.5 分钟，受过训练的人员会确切地知道在日食期间何时保护眼睛。
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- 日全食 当月球的黑暗轮廓完全遮挡住太阳的强光时，就会发生日全食。当月球距离地球较近时，月球看起来明显更大，可以完全遮挡太阳，从而导致日全食。
- 日环食 当月球距离地球最远时，就会发生日环食。在这种情况下，月球看起来更小，不能完全遮挡太阳。太阳和月球完全对齐，但月球的视直径小于太阳。
- 日偏食 当太阳和月球没有完全对齐，月球只遮挡住部分太阳时，就会发生日偏食。有些日食只能看到日偏食，因为本影穿过地球的极地，并且不会与地球表面相交。
- 混合日食 混合日食在全食和日环食之间切换。在地球表面的某些点，它看起来像日全食，而在其他点，它看起来像日环食。混合日食相对少见。
我们对地球以外世界的好奇心和求知欲，驱使我们不断改进技术，不断学习，不断突破界限。我们已经找到了许多问题的答案，但也发现了更多需要解答的问题。
康涅狄格州科学中心的“探索太空”展厅，可以让参观者近距离观察月球古老的陨石坑和月球岩石。第一个火星飞越飞行椅带参观者进入黑洞，穿过超新星，在银河系中航行。
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太阳黑子是太阳表面偶尔出现的斑点或斑块，与周围环境相比显得暗淡。这些黑点出现在太阳赤道附近的表面。它们之所以看起来暗，主要是因为它们的温度比周围发光的气体低。太阳黑子与太阳内部的磁暴有关，磁暴会释放带电粒子，这些粒子最终会撞击地球的电离层，但有时会干扰无线电、电视和长途电话通信。这些粒子还会撞击低层大气，在南北极附近产生绚丽的彩色光。这种彩色光的名称叫北极光或北极光，这是你在北极的时候。在南极，这种光被称为南极光。
- 宇宙的尺度 是一个很好的工具，可以帮助你理解宇宙的巨大尺度。
另一种让小学生了解月球阶段的方法是使用奥利奥饼干。孩子们喜欢饼干。通过使用饼干中的奶油，学生可以剪出月球的不同阶段。他们不仅会在项目中玩得开心，还会记住月球出来时的阶段。
星星是不同的。有些比其他星星亮，因为距离不同。它们也产生不同数量的光。星星有不同的颜色，有些是白色，红色，蓝色或橙色，这取决于温度。一颗热的恒星会有蓝色。一颗较冷的恒星会有红色。恒星主要由氢组成，其次是氦。太阳的表面温度约为 5500 摄氏度，是一颗 G2 型恒星。一颗更热的恒星将是 G1，一颗更冷的恒星将是 G3。天狼星是最亮的恒星；它比太阳热，被归类为 A0。由于我们眼睛的看色方式，没有绿色的恒星。我们的眼睛混合其他颜色以形成除绿色以外的其他颜色。太阳比任何其他颜色都发出更多的绿光，但我们看到所有混合的颜色组合在一起就是白色。一颗恒星的光度取决于它的大小和温度。例如，如果有两颗大小相同的恒星，但其中一颗更热，那么更热的恒星会更亮。另一个例子是，如果两颗恒星的温度相同，但其中一颗比另一颗更大，那么更大的恒星会更亮。大多数恒星都位于“主序”。
这里有一个视频更详细地描述了“主序”。https://www.youtube.com/watch?v=SvaXfFgrKg4
关于恒星的事实：你在夜空中看到的每颗恒星都比我们的太阳更大、更亮，在黑暗的夜晚你无法看到数百万颗恒星，我们的太阳是一颗绿色的恒星，我们的太阳是一颗矮星，恒星不会闪烁。
小行星
小行星是相对较小、不活跃的岩石天体，它们绕太阳运行，位于火星和木星轨道之间的带状区域。它们碰巧比任何行星都小。数千颗小行星直径数百英里，也被称为“小行星”。一些科学家有一个理论，认为月球和火星上的陨石坑是由与小行星碰撞造成的。
彗星
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彗星在某些情况下由冰和岩石组成，它们通常被称为“脏雪球”，构成了我们太阳系的一部分。它们有长长的椭圆形轨道，靠近太阳，可以延伸到我们太阳系的远端。事实上，当彗星靠近太阳时，一些冰会因太阳能而蒸发。导致气体和尘埃从彗星的尾巴中喷出。一些彗星可能需要很多年才能绕太阳运行一次。天文学家埃德蒙·哈雷是第一个在 1758 年准确计算出彗星周期的人。
流星
我们的太阳系由许多东西组成，行星、恒星、彗星和流星，它们是数十亿个快速移动的天体，被称为流星。流星是岩石和铁的组合，它们的形状和大小各不相同。一些流星的质量不同，有些可能不到一克重，有些则有数千公斤重。大多数进入地球大气的流星会被穿过大气的摩擦燃烧掉；它们通常被称为“流星”，事实上它们大约有一粒沙子那么大。陨石是到达地球表面的少数流星。