□ 江蘇省天一中學 沈新榮

多層次“月球探究”主題天文實踐活動

□ 江蘇省天一中學 沈新榮

中學天文社團不僅承擔著滿足學生天文愛好者理論學習和觀測實踐需要的責任，而且應該在更多的維度開展全方位的科普、教育和基礎研究啟蒙活動。但我們在無錫市中小學天文聯合會、全國中學生天文奧林匹克競賽、全國天文社團發(fā)展論壇等多個平臺與許多學校的師生交流的過程中，發(fā)現大家在拓寬天文實踐活動的形式方面存在普遍性的困難。為此，我們在總結社團各類活動的過程中，整理、策劃了多個主題的天文實踐活動方案，如“多層次城市夜空光度測量科技教育活動”“多層次‘月球探究’主題天文實踐活動”等。

下面我以“多層次‘月球探究’主題天文實踐活動”為例，結合天一天文社社團理事會的組織架構，向大家簡單介紹活動開展的情況

天一天文社社團理事會下屬有四個工作室，分別負責社團的文化類課程、科普型課程、基礎型課程和研究型課程，各工作室的主要工作分工可參見表1。在“月球探究”主題活動中，各工作室根據自己的工作屬性，策劃組織了形式多樣、受眾各異、面廣度深的多個活動，具體可參見表1。

基于“月球探究”的主題，加賀谷穰工作室在錫城天文科普雜志《坐井記》上編排了一組“從阿姆斯特朗到嫦娥”主題的文章，組織了“明月幾時有”攝影大賽。

圖1 《坐井記》特別企劃：從阿姆斯特朗到嫦娥

為增進公眾對人類探月的歷史及其所取得的成就的了解，我們在《坐井記》上安排了一期“從阿姆斯特朗到嫦娥”主題的特別企劃，整理編寫了一組文章：《人類探月史》《阿波羅11號》《現代月球探測歷史以及未來展望》《嫦娥工程》。通過系列文章，我們梳理了自1959年蘇聯“月球一號”起人類發(fā)射的全部探月航天器，介紹了人類首次登月任務——阿波羅11號從發(fā)射到返回的詳細過程，展望了現代月球探測及中國嫦娥探月工程的概況。

為提升公眾欣賞月球之美的能力，我們發(fā)起了“明月幾時有”攝影大賽，邀請公眾使用手機、照相機等工具捕捉各種月球相關的圖片，并進行評審與頒獎。比賽的主題粗分為“風景攝影”“細節(jié)攝影”等兩個方面，評審標準包括“視覺美感”“表達技巧”“手法創(chuàng)意”等多個角度。

表1 各工作室基于“月球探究”主題的活動設計

基于“月球探究”的主題，伽利略工作室針對不同年齡段的受眾，開發(fā)了多個難度各異、層層遞進的小實驗與小制作。

針對低齡的幼兒園小朋友，我們設計了“奧利奧月相”小制作，教導小朋友們利用4塊奧利奧奶油夾心餅干來制作8種不同的月相。具體步驟有：將奧利奧餅干扭開，取沒有任何夾心的一面做新月，取有完整夾心的一面做滿月；將某一面上的完整夾心平分后，轉移一半到沒有任何夾心的另一面上，制作出上弦月、下弦月；采用相似的方法，依次制作出峨眉月和虧凸月，殘月和盈凸月；將8種月相的餅干按變化次序擺放在塑料盤中。

針對兼具好奇心和耐心的小學生，我們設計了新“小豬找月亮”小實驗，指導同學們關注月球的月相變化和升起時間的推遲規(guī)律。我們邀請同學們在農歷初四峨眉月之夜的晚七點開始這個“找月亮”的小實驗，通過窗戶找到月亮，在紙上記錄好此刻的時間、月亮在天空中的方位和高度，并描繪出月亮的形狀（月相）；第二天夜晚的同一時刻，再次通過窗戶尋找月亮，記錄并描繪出月亮的方位、高度和形狀；在后續(xù)的十來天時間里，持續(xù)地通過窗戶尋找月亮，記錄并描繪月亮的相關信息；通過比較這一段時間內月亮的方位和高度來推測每天月亮從東方地平線上升起的時間，通過月亮的形狀推測月亮與太陽、地球間的相對位置關系，遇到不懂的問題要求及時向家長或老師求教。

針對有一定數理知識和實驗技能的中學生，我們設計了“月坑成因探究”模擬實驗，引導學生思考月坑的特征與隕石撞擊間的相關性。我們將粗砂以10∶1的比率與水混合后，均勻盛放入40厘米×30厘米×6厘米的堅固塑料盒中，模擬月球地表；將高爾夫球（及乒乓球）處理后，通過棉線懸掛在鐵架臺上，模擬隕石體；剪斷棉線，使隕石體自由落體運動，撞擊月面，形成隕石坑；用小磁鐵將隕石體吸出后，在月面上均勻潑灑熟石膏，待其硬化后，用尺測量并記錄各個月坑的直徑、深度，同時拍照保存。通過調整隕石體的體積、質量和密度，隕石體懸掛的高度（沖擊的力度與速度），形成不同深度及直徑的隕石坑，從而獲得影響月坑形成的關鍵因素。

基于“月球探究”的主題，達蓋爾工作室開設了“日月食原理和觀測”校本課程，并組織了“月面觀測”活動。

在“日月食原理和觀測”一章中，我們編排了“奧賽考試要求”“理論學習資料”“歷年考題解析”等三個版塊。該章節(jié)的主要知識點包括：月球與月面、潮汐鎖定、天平動、月相、黃白交角與黃赤交角、日出日落方位、掩與凌、日月食原理、日月食發(fā)生的條件與次數、日月食的食相、食分、沙羅周期等。同學們通過校本課程的學習，深入了解了月陸、月海的比例及分布、主要環(huán)形山的名稱及位置，月食的成因及頻率等基礎知識，提高了對月球的理性認知。

我們通過“天一觀星營”活動，帶領社員前往江蘇無錫十八灣、盱眙鐵山寺，浙江安吉天荒坪、舟山朱家尖等地開展月面觀測及攝影活動。截至2016年2月，我們已舉辦過42期野外觀星活動，累計參與活動人次近千。通常我們會利用觀星營的頭一個白天進行望遠鏡安裝及調試、單反相機及天文攝影的入門教學，頭一個晚上開展目視觀星、望遠鏡觀測、手繪月面、天文攝影的教學；第二天白天和晚上則是分組練習，觀測和拍攝實踐；活動結束后，我們將會利用校本課程時間指導社員使用Lightroom、LRTimelapse、Startrails等軟件對照片進行后期處理。

圖2 天一觀星營G28：太湖大堤之夜

基于“月球探究”的主題，斯科特工作室組織了“月球年代學”“月球隕石坑探究”等課題的研究。

地質學中有三種主要的確定相對地質年代的方法：地層學方法（地層層序律）、古生物學方法（化石層序律）、構造地質學方法（切割律）。天文學家在對月面不同地區(qū)的地質年齡進行測算時，除對人造探測器從月球帶回的巖石和土壤樣本進行分析外，一般也是通過地層層序律的方法。我們帶領課題組的同學，對美國地質調查局的Shoemaker和Hackman在1962年利用威爾遜山天文臺提供的哥白尼區(qū)域影像圖研究過的5個地質年代開展了模仿探究。最終的研究結果向我們講述了這樣一個故事：很久以前，一顆直徑可達100km的巨大隕石體撞擊月球并形成了雨海及其邊緣的亞平寧山脈、阿爾卑斯山脈和喀爾巴阡山脈；之后大量的隕石體不斷撞擊雨海地區(qū)，形成了包括阿基米德環(huán)形山在內的許多月坑；接著是大量的火山熔巖填滿了雨海地區(qū)，阿基米德環(huán)形山的底部及其輻射紋也被掩蓋；再往后又有一些隕石體撞擊該地區(qū)并在火山熔巖之上形成了艾拉托斯特尼環(huán)形山、奧托呂科斯環(huán)形山和哥白尼環(huán)形山。

我們還帶領社員與英國友校的師生們合作開展了“月球隕石坑探究”的課題。我們使用近月軌道飛行器拍攝的月面照片，測量了直徑小于2km的月坑在月面的分布及密度，探究了隕石坑的類型與其直徑和深度間的關系，并設計實驗成功通過測量隕石坑直徑和日影長度測算出了月坑的深度。師生撰寫的相關論文不僅在全國青少年科技創(chuàng)新大賽中獲獎，而且在《School Science Review》和《Physics Education》上得到發(fā)表。

（責任編輯 張長喜）

圖3 中英天文合作“月球隕石坑探究課題