互動學習
地球和月球有多遠?用身邊的球做比例尺實驗
輸入地球模型的直徑,即時計算月球模型大小、兩者中心距離與表面間隔;再用籃球和網球做一個可以在教室或家裡完成的尺度活動。
互動比例尺 / 本機計算
如果地球是這麼大……
調整地球模型直徑;月球大小與平均距離會依 NASA 公布的比例換算。
月球模型直徑約 6.5 公分;
兩球中心平均相隔 7.2 公尺,表面間隔約 7.1 公尺。
輸入只在目前瀏覽器計算,不會傳到網站。距離使用平均值,月球實際軌道距離會變化。
先選地球模型的大小
地圖和太空插畫常把地球與月球畫得很近,方便看清楚,但球體大小和相隔距離通常不在同一比例。這個小工具把兩件事分開計算:地球與月球的直徑按同一比例縮小,平均中心距離則用實際平均值換算。
NASA 的資料列出地球赤道直徑約 12,756 公里、月球直徑約 3,475 公里,地月平均距離約 384,400 公里。拖動下方刻度,想像你手邊的球就是縮小後的地球,看看月球要多大、要放多遠。
在家裡或課堂做一次
如果把一顆直徑 24 公分的球當成地球,月球模型直徑大約 6.5 公分;兩個球心相隔約 7.2 公尺。這個距離比很多人憑月球照片想像的還要大。網球可以近似月球大小,但地球與月球的位置要沿著地板或走廊量出來。
- 找出兩顆大小不同的球,或用紙剪出圓形;不需要購買特定材料。
- 在工具中輸入地球模型直徑,先按直徑比例找一個接近的月球模型。
- 用捲尺量「球心到球心」的平均距離;若只量兩球表面之間,距離會少掉兩邊的半徑。
- 沿路放上同樣大小的記號,數一數約能排下幾個地球直徑。
- 討論:為什麼教科書的示意圖會把地球和月球畫得比較近?這樣畫有什麼好處,又可能讓人誤會什麼?
讀懂中心距離與表面間隔
天文資料中的地月距離是兩個天體中心之間的距離,不是月球表面到地球表面的空隙。工具因此同時顯示中心距離和模型球表面間隔。拿捲尺實際擺放兩顆球時,若量的是球邊到球邊,請看「表面間隔」;若用位置標記球心,請看「中心距離」。
地月平均距離是軌道上的平均值。月球繞地球的軌道不是完美圓形,所以實際距離會隨位置改變。這個活動用平均值理解比例,不是某一天的即時月球位置,也不能拿來預測觀測時間。
把模型當成問題,而不是答案
比例模型是幫助理解的工具,不是宇宙的縮小複製品。把直徑和距離同時按比例呈現時,兩個球可能變得很小、相隔很遠;為了看清球體大小,插圖會放大球體、縮短畫面間距,因此圖中的空白不能用來量距離。
可以再問:如果地球模型縮小一半,月球模型和球心距離會怎麼改變?兩者都要縮小一半。若只有月球縮小、距離不變,表示我們改了模型比例,不能再用它比較。這種先說預測、再用比例計算檢查的方式,也適用於地圖、建築模型和太陽系圖解。
計算方式與資料限制
計算使用地球直徑 12,756 公里、月球直徑 3,475 公里、地月平均中心距離 384,400 公里。月球模型直徑=地球模型直徑 × 3,475 ÷ 12,756;模型中心距離=地球模型直徑 × 384,400 ÷ 12,756。表面間隔再扣除兩個模型半徑。
這個比例尺活動只處理尺寸和平均距離,不呈現軌道傾角、橢圓軌道、天體移動速度或當下位置。球體大小的插畫刻意不依距離比例留白;距離請以計算結果和實際捲尺為準。所有輸入值只在目前瀏覽器計算,不會傳送到網站。
挑戰:把模型縮小一半
準備幾分鐘,依序完成以下步驟;可以先寫下預測,再操作或查資料核對。
- 先把地球模型設成 24 公分,記下月球直徑和球心平均距離。
- 把地球模型改成 12 公分,再讀一次月球直徑和距離。
- 比較兩次結果,說明為什麼三個模型量都跟著縮小一半。
觀察重點:模型可以用來檢查比例是否一致;球體插圖的間隔是示意,實際距離仍以計算結果為準。
延伸閱讀與資料來源
數據與教學背景參考下列來源;操作方式與練習由本站整理。