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厉害了!看各科老师如何“蹭热度”讲人类首张黑洞照片。。。

善利名师精准备考 善利名师精准备考 2022-07-17

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2019年4月10日晚9点,人类首张黑洞照片在全球六地(比利时布鲁塞尔、智利圣地亚哥、中国上海和台北、日本东京和美国华盛顿)的视界面望远镜发布会同步发布。


下面这张新鲜出炉的冲洗了两年的黑洞照片,很快就被网友和各科老师们玩坏了~


这张黑洞照片一出,就被网友玩儿坏了。


黑洞成了猫咪的眼睛


成了哪吒脚下的风火轮


M87星云是奥特曼的家乡


从此不再专门画眼睛了


蜂窝煤?真相了……


这张照片不光网友在玩,不少老师也在玩!


对于人类这一重大发现,老师们当然也要紧跟着科学的步伐,将自己学科的知识与实事结合起来,提高学生们的学习兴趣。


接下来,我们一起来看看各个学科是怎么与黑洞结合起来的吧。


 01.班主任 



 02.语文老师 


语文老师可以先给学生们欣赏这张黑洞照片,之后提问:同学们,你们觉得黑洞像什么呢?黑洞里面会不会是另一个世界呢?请展开你的想象,写一篇作文。


如果感觉这样比较突兀的话,可以提前让同学们观看黑洞的短片,阅读一篇关于黑洞的文章。


作文也可以不仅仅局限于黑洞,还可以拓展到宇宙等,以此来锻炼学生们的想象力。


 03.数学老师 


想要吸引学生的注意力,提高学生的学习兴趣,就离不开讲故事,而与黑洞有关的数学故事,就是“数学黑洞”了。


所以,数学老师们可以给学生们讲解什么是“数学黑洞”,以“123黑洞”为例。



设定一个任意数字串,数出这个数中的偶数个数,奇数个数,及这个数中所包含的所有位数的总数,例如:1234567890,


偶:数出该数数字中的偶数个数,在本例中为2,4,6,8,0,总共有 5 个。


奇:数出该数数字中的奇数个数,在本例中为1,3,5,7,9,总共有 5 个。


总:数出该数数字的总个数,本例中为 10 个。


新数:将答案按 “偶-奇-总” 的位序,排出得到新数为:5510。


重复:将新数5510按以上算法重复运算,可得到新数:134。


重复:将新数134按以上算法重复运算,可得到新数:123。


结论:对数1234567890,按上述算法,最后必得出123的结果,我们可以用计算机写出程序,测试出对任意一个数经有限次重复后都会是123。换言之,任何数的最终结果都无法逃逸123黑洞。



除了“123黑洞”,还有“6147黑洞”和“自恋性数字黑洞”。


 04.英语老师 


这个不太好能够关联,不过是不是可以通过黑洞的英文单词“Black Hole”来想一想类似的词汇呢?


 05.物理老师 


物理老师给学生们讲解黑洞,那是再容易不过的事情了,我们有这几个点可以做讲解。


此次拍摄黑洞照片的目的之一是验证广义相对论,所以,可以给学生们介绍广义相对论;


这张图片是利用全球多地8个亚毫米射电望远镜同时对黑洞展开观测并拍摄的,所以,可以给学生们介绍什么是亚毫米波段,以及为什么不能用普通光学望远镜观测黑洞。


同时,全球8个亚毫米射电望远镜组成了一个口径达1万公里的望远镜,而想要提高望远镜的分辨率,可以做两方面的努力,一是降低观测频段光子的波长(等价于增强能量),二是增加望远镜的有效口径


除此之外,望远镜观测要求的不仅仅是分辨率,还有灵敏度。灵敏度与望远镜真实的有效面积有关,有效面积越大,望远镜的灵敏度越高。


 06.地理老师 


本次公布黑洞照片也涉及到很多的地理知识,比如:公布黑洞的六个城市分别位于哪个大洲?这几个城市使用的语言覆盖了全球多少人等等。



望远镜的有效口径,取决于望远镜网络中相距最远的两个望远镜之间的距离,所以,地理老师可以提供一张望远镜所在区域的地图,让学生们说出有效口径。


这8台望远镜所在地的气候如何,处于什么板块等等。


 07.历史老师 


历史老师也是有很多能够讲解的,从牛顿的万有引力定律到爱因斯坦的广义相对论,再到霍金的预言,不过这部分物理老师讲会不会更好些?


 08.政治老师 


我们知道美国在技术上对中国是封锁的,而各个国家之间的顶尖技术也是保密的。但是,这次拍摄黑洞照片,虽然没有中国的射电望远镜参与其中,但是中国的科研团队参与到了夏威夷的射电望远镜观测中。


由此可以延伸到其它科研领域,比如我国的北斗导航系统,法国加入中国的探月工程等。


 其他可供参考的知识点 


知识点1:黑洞本体看不见,周围一圈是气体

众所周知,黑洞因聚集了大量质量,引力引发周围空间扭曲,连光子都无法逃逸出去,因此本体是无论如何看不见的。这次科学家们其实是追溯到了光子消失的边界,尽量看到了“极限”。

照片中间黑色的才是黑洞本体,直径大概一千亿公里,周围是被它吸积成一圈的气体,因湍急流动而摩擦发光。

知识点2:黑洞的彩色照片,其实是“假的”

拍黑洞的望远镜收集到的不是我们日常的可见光,而是一种波长更长的亚毫米波,本身是没有颜色的区别的。科学家们实际上只能感受到强弱的不同,照片的红色是后期处理的效果,你也可以理解为一种“照骗”了。

知识点3:黑洞在旋转

从地球上看,这个距离我们5000万光年的M87黑洞是在顺时针旋转的。

知识点4:南北不对称

由于这个黑洞的自旋方向在远离地球,由于多普勒效应(就像救护车加速靠近时声调会变高,远离时声调会变低),光圈并不均匀,呈现出南北一边较为明亮一边较为暗的效果。

知识点5:不是直接成像的

拍黑洞照片运用了一种叫VLBI的技术,并非直接“拍照片”,而是靠8台望远镜的数据拼凑起来的,其中还有些模糊和缺失的信息,需要科学家们边讨论边拼图。这就像靠听几个音符来认歌一样。

知识点6:爱因斯坦又对了

科幻电影爱好者们可能会发现,这个照片整体上结构和《星际穿越》里的形象还是比较符合的。这就要感谢爱因斯坦了。黑洞是他在1915年发表的广义相对论的重要推论,之前《星际穿越》的科学顾问、诺奖得主基普·索恩也是根据理论计算推测出黑洞的样子。


电影《星际穿越》中的黑洞


好玩吗老师们同学们

你会怎么给学生们介绍呢?

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