แบบจำลองที่แม่นยำของดาวแปรแสงเซเฟอิด: 5 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:03

พื้นที่มีขนาดใหญ่ ใหญ่มาก. ในทางดาราศาสตร์ บางคนอาจจะบอกว่า ที่ไม่เกี่ยวอะไรกับโปรเจ็กต์นี้ ฉันแค่ต้องการใช้ปุน

ไม่แปลกใจเลยที่ท้องฟ้ายามค่ำคืนมีดวงดาวมากมาย อย่างไรก็ตาม อาจทำให้บางคนที่ยังใหม่ต่ออาณาจักรดาราศาสตร์หรือดาราศาสตร์ประหลาดใจเมื่อรู้ว่าดาวมีหลายประเภท ประเภทหนึ่งเรียกว่า Cepheid Variable Star ซึ่งสวยงาม น่าสนใจ และมีประโยชน์ในหนึ่งเดียว เมื่อมองแวบเดียว เซเฟอิดส์ดูเหมือนกับดาวดวงอื่น ๆ แต่ถ้าคุณสังเกตเซเฟอิดเป็นเวลาสองสามคืนติดต่อกัน คุณจะสังเกตเห็นว่ามันดูเหมือนเป็นจังหวะ ความสว่างของมันเปลี่ยนเป็นหรี่ลงและสว่างขึ้นในช่วงสองสามวัน สังเกตให้นานพอแล้วคุณจะสังเกตเห็นว่า 'ช่วงการเต้นเป็นจังหวะ' จะไม่เปลี่ยนแปลง นี่คือสิ่งที่ทำให้เซเฟอิดส์มีเอกลักษณ์และมีประโยชน์ - ปรากฎว่าระยะเวลาการเต้นเป็นจังหวะนั้นสัมพันธ์โดยตรงกับขนาดของมัน ดังนั้นหากเรานับเวลาที่ดาวใช้ในการเปลี่ยนจากสว่างเป็นสลัวและกลับมาอีกครั้ง เราสามารถบอกได้ว่ามันใหญ่แค่ไหน จากนั้นเราสามารถใช้ข้อมูลนี้เพื่อหาข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับดาวได้ เช่น ระยะห่าง ความสว่างจริง (ความส่องสว่าง) เป็นต้น นั่นคือสิ่งที่คุณต้องรู้เพื่อทำความเข้าใจว่าโครงการนี้เป็นอย่างไร แต่ถ้าคุณสนใจ เข้าไปดูหน้า Wikipedia นี้ที่ Cepheids

เพื่อความสนุก คุณช่วยคิดได้ไหมว่าฉันกำลังสร้างโมเดล Cepheid ตัวไหนในโครงการนี้ (เบาะแสอยู่ในภาพด้านบนและคำตอบอยู่ในส่วนสุดท้าย)

เสบียง

- กระดาษ (18x54cm หรือ 7.1x21.3 )

- Arduino UNO และสายเคเบิล

- LED สีขาว x3

- ตัวต้านทาน 220 Ω x3

- LCD 2x16 เซ็กเมนต์

- โพเทนชิโอมิเตอร์ 10 kΩ

- เขียงหั่นขนมไร้บัดกรี

- สายไฟ M-M Breadboard x12

- MF Breadboard Wires x18

- แบตเตอรี่ 9v และขั้วต่อสายไฟ

- กระดาษแข็งบางส่วน

- ขวดพลาสติกขนาด 500 มล.

- สีดำ & Sharpie

- กระดาษกาว

- Superglue & Hot glue (จำเป็นต้องใช้ปืนกาวที่นี่)

- กรรไกร

ขั้นตอนที่ 1: The Star

ปัญหาแรกที่ต้องแก้ไขคือตัวดาวเอง: เราจะสร้างวัตถุทรงกลมคร่าวๆ ที่มีทั้งความสวยงามและปล่อยแสงได้อย่างไร ฉันตัดสินใจว่า origami จะทำงานและมองหา origami ทรงกลมทางออนไลน์ ฉันพบค่อนข้างน้อย แต่ก็ยากอย่างยิ่งหรือโฆษณาผิด (จริงๆ แล้วปริมาณ 'ทรงกลม' ทรงลูกบาศก์ที่ฉันพบใน Google นั้นทำให้ไม่สงบ) อย่างไรก็ตามหลังจากนั้นไม่นานฉันก็พบสิ่งที่ชอบและค่อนข้างง่ายที่จะดึงออกหลังจากการฝึกฝนไม่กี่ครั้ง คำแนะนำมีดังนี้และมีเทมเพลตสำหรับพับในภาพด้านบน

1. พับกระดาษของคุณเป็น 24 แผ่นเท่าๆ กัน ฉันอยากจะแนะนำให้แบ่งออกเป็น 3 แล้วพับแต่ละส่วนครึ่ง ลดลงครึ่งหนึ่งจนกว่าจะมีทั้งหมด 24 ส่วนสี่เหลี่ยม รอยพับควรทำเป็นหุบเขาเล็กๆ ในกระดาษ (ดูเส้นสีแดงในรูปที่ 2)

2. พลิกกระดาษและทำเครื่องหมายที่มุมบนขวาของกระดาษ จากนั้นนับ 4 ทบและทำเครื่องหมายอีกอันที่ด้านล่างของพับที่สี่ พับแนวทแยงระหว่างเครื่องหมายทั้งสองนี้ จากนั้นเลื่อนรอยพับตรงสองครั้งแล้วพับแนวทแยงอีกอันที่นั่น ทำต่อไปจนกว่าจะถึงจุดสิ้นสุดของกระดาษ (ดูเส้นสีเขียวในภาพที่สอง)

3. หลังจากไปถึงปลายกระดาษแล้ว ให้พับเหมือนเดิมแต่เอียงไปในทิศทางตรงกันข้าม (เช่น เริ่มจากมุมซ้ายบนและพับแนวทแยงซ้ำจากขั้นตอนที่ 2 ไปในทิศทางตรงกันข้าม) ดูเส้นสีน้ำเงินในภาพที่สองด้านบน

4. ค้นหาจุดกึ่งกลางของขอบด้านขวาและทำเครื่องหมาย จากนั้นทำการพับแนวทแยงที่ด้านล่างของพับตรงสองครั้ง จากนั้นพับอีกอันจากด้านบนของพับตรงนี้ไปตรงกลางขอบ ทำซ้ำสำหรับขอบด้านซ้าย อีกครั้งที่ด้านบนและด้านล่างของพับตรงสองครั้ง (ดูเส้นสีน้ำตาลในภาพที่สองเพื่อเป็นแนวทาง)

5. สุดท้ายคุณจะต้องพับกระดาษเพื่อทำเป็นทรงกลม ฉันขอแนะนำให้ตรวจสอบทุกตอนที่คุณทำเพื่อให้แน่ใจว่ามีการกำหนดไว้อย่างชัดเจน ดูภาพสุดท้ายเพื่อเป็นแนวทาง ให้พับกระดาษโดยให้ใบหน้าของสามเหลี่ยมที่มีข้อความว่า A สัมผัสกับใบหน้าของสามเหลี่ยม B หลังจากการพับชุดแรก ขอบด้านสั้นควรโค้งเป็นครึ่งวงกลม และเมื่อคุณพับทุกอย่างแล้ว ผลลัพธ์ควรคลี่ออกมาเป็นรูปทรงสะพานในภาพที่ 4

6. ในการรับจากสะพานสู่ทรงกลมให้ต่อปลายสะพาน ฉันทำสิ่งนี้โดยวางใบหน้าของเพชรเม็ดแรกจากปลายแต่ละด้านเข้าหากันและติดกาวเข้าด้วยกัน จับใบหน้าทั้งสองไว้ด้วยกันแล้วใส่ superglue สองสามหยดระหว่างพวกเขาเพื่อให้เข้าที่ สุดท้าย ยึดจุดทั้งหมดที่ด้านบนของดาวโดยวาง superglue หนึ่งหยดบนปลายดาว ฉันขอแนะนำ superglue สำหรับสิ่งนี้เพราะคุณไม่จำเป็นต้องถือกระดาษไว้ด้วยกันเป็นเวลานานในขณะที่กาวแห้งช้าและคุณเริ่มตั้งคำถามกับทางเลือกในชีวิตของคุณ จุดด้านล่างคือจุดที่สายไฟเข้ามา ให้เปิดทิ้งไว้

ฉันพบว่าการทำให้ดาวเป็นส่วนที่ซับซ้อนที่สุดของโครงการนี้ แต่ก็ไม่ได้แย่นักเมื่อเข้าใจวิธีพับกระดาษเข้าด้วยกันแล้ว โดยส่วนตัวแล้วฉันจะให้คะแนนลูกบอลนี้ที่ความยาก 3 แผ่น ขอให้สนุกและพยายามอย่ากรีดร้องด้วยความหงุดหงิด

ขั้นตอนที่ 2: ฐาน

เพื่อสร้างฐานของฉัน ฉันเริ่มต้นด้วยสิ่งที่ประคองตัวเล็ก ๆ ที่ฉันพบในกล่องไข่อีสเตอร์ที่ฉันได้รับเมื่อสองสามสัปดาห์ก่อน ฉันแค่พลิกด้านในออก เล็มมันให้มีขนาดสูง 7 ซม. (2.8 นิ้ว) แล้วทาเป็นสีดำ คุณอาจไม่มีสินค้าพิเศษแปลกๆ นี้ในมือ ดังนั้นฉันจึงสร้างเทมเพลตคร่าวๆ ให้คุณทำเอง ออกจากกระดาษแข็ง (ดูรูปที่ 2) เมื่อคุณทำเสร็จแล้ว ให้ตัดเป็นรูวงกลมที่ปลายบาง ๆ ของหน้าด้านบนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 4 ซม. (1.6") โดยให้จุดกึ่งกลางห่างจากด้านบนประมาณ 3.5 ซม. (1.4") ขอบ (ภาพที่ 4) ถัดไปตัดรูสี่เหลี่ยม 7x2.5 ซม. (2.8x0.1") โดยให้กึ่งกลางจากขอบด้านล่าง 0.5 ซม. (0.2") ไฟจะลอดผ่านรูกลมและจอ LCD ในรูปสี่เหลี่ยม.

ต่อไปเราต้องการบางสิ่งบางอย่างเพื่อยึดดาวไว้กับที่ ฉันเลือกที่จะไม่ใส่มันลงบนรูโดยตรง เนื่องจากรูปร่างของดาวไม่ครอบคลุมรูทั้งหมด ดังนั้นเราจะสามารถเห็นวงจรภายในฐานได้ ซึ่งถ้าถามฉันว่าฝีมือตกต่ำไปหน่อย ในการหลีกเลี่ยงปัญหานี้ คุณจะต้องใช้โดมจากด้านบนของขวดน้ำขนาด 500 มล. (ตัดจากด้านบนประมาณ 4 ซม., ภาพที่ 6) แล้วทาสีดำ (ภาพที่ 8) ฉันทิ้งหน้าต่างบานเล็กไว้เพื่อที่ฉันจะได้ยังเห็นฐานของดาว ฉันคิดว่ามันคงจะดูดีกว่าถ้าก้นหายไปในขุมนรกเสียอีก ฉันพบว่าสีดำไม่ติดขวดดีเกินไป ฉันจึงเคลือบด้วยไพรเมอร์ (ภาพที่ 7) ก่อนเพิ่มสี น่าเสียดายที่ฉันใช้ไพรเมอร์ที่เป็นน้ำมันและผลลัพธ์ก็ค่อนข้างราบรื่นเหมือนเมื่อก่อน อย่าใช้ไพรเมอร์ที่เป็นน้ำมัน

หลังจากทาสีแล้ว ฉันทำกระดาษหลอดเล็กๆ แล้วระบายสีเป็นสีดำ แล้วติดกาวที่คอขวดดังรูปที่ 9 ด้วยกาวร้อน จุดประสงค์คือเพื่ออำพรางสายไฟเมื่อเข้าไปในรูและเข้าไปในดาว ดังนั้นท่อจึงต้องสูงพอที่จะซ่อนสายไฟทั้งหมดได้ แต่ไม่สูงพอที่จะแทนที่ดาวเมื่อเราพักไว้ภายใน ฝาขวด (สำหรับความสูงที่ฉันตัดขวดคือ 3.5 ซม. / 1.4 นิ้ว) คุณไม่จำเป็นต้องมีท่อหากคุณไม่ได้ทิ้งหน้าต่างไว้ในขวด

ขั้นตอนสุดท้ายคือการยึดส่วนรองรับเข้าไปในรูที่ฐาน ทากาวร้อนที่ด้านล่างของกล่องเพื่อหลีกเลี่ยงการดูเลอะเทอะ (ภาพที่ 10)

เมื่อคุณประกอบฐานเสร็จแล้ว ให้ใช้ที่แหลมสำหรับจุดที่สีไปไม่ถึง อย่าหักโหมจนเกินไปเพราะจะทำให้ได้สีที่เงางามกว่าการลงสีและจะแสดงให้เห็นในปริมาณมาก มีจุดเล็ก ๆ น้อย ๆ ที่นี่และก็ไม่เป็นไร

ขั้นตอนที่ 3: รหัส

คุณจะพบรหัสสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่แนบมาด้านล่าง เพียงดาวน์โหลดและติดตั้งบน Arduino ของคุณ หากคุณไม่มี Arduino IDE คุณสามารถดาวน์โหลดเวอร์ชันอย่างเป็นทางการได้ที่นี่ เพียงเลือกเวอร์ชันที่เหมาะสมกับอุปกรณ์และระบบปฏิบัติการของคุณมากที่สุด (ฉันใช้เวอร์ชัน 1.8.12 สำหรับ Windows 7 ขึ้นไป)

ก่อนอัปโหลดโปรแกรมไปยังบอร์ดของคุณ คุณต้องมีไลบรารี LiquidCrystal ด้วย หากคุณยังไม่มีห้องสมุดนี้ ฉันได้แนบลิงก์ไปยังห้องสมุดที่ฉันใช้อยู่ด้านล่าง เพียงดาวน์โหลดไฟล์.zip และใส่ไว้ในโฟลเดอร์เดียวกับแบบร่าง Arduino ไม่จำเป็นต้องเปิดเครื่องรูด หากโปรแกรมไม่ทำงาน นี่คือคู่มือ Arduino อย่างเป็นทางการสำหรับการติดตั้งและใช้งานไลบรารี

ห้องสมุดแอลซีดี (ฉันไม่ได้สร้างห้องสมุดนี้ แต่ใช้งานได้ดีกับโครงการนี้ เพียงไปที่ลิงก์และดาวน์โหลดเวอร์ชัน 1.0.7 จากใต้ส่วนดาวน์โหลด เครดิตเต็มไปที่ผู้เขียนของห้องสมุด ไม่ใช่ฉัน)

ขั้นตอนที่ 4: วงจรไฟฟ้า

ภาพแรกเป็นแผนภาพวงจรของโครงการ สิ่งหนึ่งที่คุณควรสังเกตคือ LED ติดอยู่ที่ปลายสายไฟเพื่อเชื่อมต่อกับเขียงหั่นขนมขณะอยู่ในดวงดาว คุณควรใช้สายไฟ M-F สำหรับสิ่งนี้และสำหรับ LCD ด้วย อย่างไรก็ตาม ดังที่คุณเห็นในภาพที่สอง ฉันมีสายไฟ MF ไม่เพียงพอสำหรับการเชื่อมต่อทั้งหมด ดังนั้นฉันจึงใช้เทปพันสายไฟและบลูแทค ฉันใช้เทปพันสายไฟเพื่อยึดสายไฟเข้ากับขา LED (ภาพที่ 3) และฉันใช้ Blu-tack เพื่อยึดสายไฟเข้ากับหมุด LCD ขณะที่มันหลุดออกมาเรื่อยๆ อาจเป็นเพราะหมุดมีขนาดเล็กเกินไปสำหรับเทปที่จะยึดติดได้ดี เพียงพอที่จะรองรับน้ำหนักของสายไฟ ควรใช้สาย M-F ครับ จะได้ไม่เครียดมาก นอกจากนี้รหัสสีสายไฟยังทำให้เกิดความสับสนน้อยลง

ดังที่เห็นในภาพที่สอง ฉันใช้แบตเตอรี่ขนาด 9 โวลต์ในการจ่ายไฟให้กับบอร์ด เพราะจะทำให้การจ่ายไฟผ่านสายคอมพิวเตอร์ค่อนข้างยุ่งยาก

โพเทนชิออมิเตอร์ถูกตั้งค่าไว้ที่ประมาณครึ่งทางจนถึงค่าสูงสุด (~5 kΩ) ซึ่งให้ระดับคอนทราสต์ที่ดีสำหรับหน้าจอ

ขั้นตอนที่ 5: การประกอบขั้นสุดท้าย