ワークブックの目次（抜粋）

１．画像処理入門
　１．１　画像処理入門
　１．２　ＣＣＤ画像：色をつけてみよう（補充活動１）

２．特徴を見つけよう
　２．１　宇宙をのぞいてみよう
　２．２　月あわせ
　２．３　銀河の特徴を調べよう

３．超新星探し
　３．１　超新星を探そう（ディスカッション　シート）
　３．２　超新星の探し方
　３．３　超新星を見つけよう
　３．４　画像操作にチャレンジ（補充活動２）

４．大きさを測ろう
　４．１　クレーターの高さを比べよう
　４．２　クレーターを調べよう
　４．３　木星への衝突
　４．４　ガリレオ衛星を追いかけよう
　４．５　軌道シミュレーション（補充活動３）
　４．６　大きな数と小さな数を使おう（補充活動４）
　４．７　光年とは（補充活動５）
　４．８　角度で大きさを測ろう（補充活動６）
　４．９　スクリーンの幅を測ろう（補充活動７）
　４．１０　画像から大きさを測ろう（ディスカッション　シート）
　４．１１　画像から大きさを測ろう
　４．１２　月面の地形の大きさを測ろう
　４．１３　木星の質量
　４．１４　パルサーのまわりの惑星（補充活動８）

５．明るさを測ろう
　５．１　星の明るさの測り方（ディスカッション　シート）
　５．２　観測条件の影響（補充活動９）
　５．３　観測条件の違いを実感しよう（補充活動１０）
　５．４　いろいろなものさしで測ってみよう（補充活動１１）
　５．５　星の明るさの測り方
　５．６　超新星の光度曲線（ディスカッション　シート）
　５．７　超新星の光度曲線
　５．８　超新星とは（ディスカッション　シート）
　５．９　等級とは（ディスカッション　シート）
　５．１０　累乗ゲーム（補充活動１２）
　５．１１　等級の求め方（補充活動１３）
　５．１２　星の等級の比較（補充活動１４）
　５．１３　絶対等級（補充活動１５）
　５．１４　明るさを測る道具（補充活動１６）
　５．１５　星像の大きさを測ろう（補充活動１７）

６．距離を測ろう
　６．１　距離の測り方（ディスカッション　シート）
　６．２　宇宙の距離のはしご（補充活動１８）
　６．３　距離による明るさの変化を調べよう（補充活動１９）
　６．４　球の表面積を測ろう（補充活動２０）
　６．５　明るさと距離について考えよう（補充活動２１）
　６．６　見かけの明るさから距離と光度を求めよう
　６．７　距離のものさしとしてのセファイド変光星
　　　　　　　　　　　　　　　　　（ディスカッション　シート）
　６．８　セファイド変光星
　６．９　周期性を調べよう（補充活動２２）
　６．１０　気体の法則の実験（補充活動２３）
　６．１１　セファイド変光星とは（ディスカッション　シート）

７．色とＨＲ図
　７．１　星の色を測ろう（ディスカッション　シート）
　７．２　色を観察しよう（補充活動２４）
　７．３　色と温度を観察しよう（補充活動２５）
　７．４　画像から星の色を測ろう
　７．５　ＨＲ図（ディスカッション　シート）
　７．６　図に表して分類しよう（補充活動２６）
　７．７　ＨＲ図を作ろう（補充活動２７）
　７．８　ＨＲ図を使おう

　第１章は「画像処理入門」となっている。この章は生徒にソフト操作の基礎を教え、画像処理ソフトを使いこなし、 自分の力で天文学の研究を行えるようにすることが目的である。例えば、太陽のプロミネンスの画像からソフトの 機能を利用して、輝度分布グラフを書いたりする。この章では生徒は次の技術や概念を身につける。「画像からグ ラフなどへのデータの表現形式を変換すること」、「グラフを読み、その意味を理解すること」、「座標を使って 大きさを測ること」、「比率を考慮し、大きさを比較すること」、われわれの太陽系に付いて理解し、また太陽系 天体の大きさを比較すること、対数表の理解、画像処理の技術を系統的に用いて分類作業を行うことなどである。 また、近年の学校に設置されているパソコンはインターネッに繋がっているので、この活動の中でネチケットと呼 ばれるネットワークを利用する上でのエチケットもここで学ぶようにする。

　第２章「特徴を見つけてみよう」では、画像処理入門の章に続いて画像処理の技術を習得する目的が設定されてい る。「宇宙をのぞいてみよう」という節では、夜空にある様々な種類の天体を紹介していて、楽しく画像を創作す るソフトウェアを使って遊ぶように生徒は促される。その過程において、様々な天体の画像からその天体の特徴に 注目して、どんな天体なのか（たとえば、固体かガス状か）、どうしてそのような特徴があるのか（たとえば、一 部分が暗いとか明るいとか）、ということに対して疑問を持ち、仮説を立てる。また、「銀河の特徴を調べよう」 という節では、銀河の分類をする。この章で生徒たちは、「画像やグラフとして表される様々なデータを解釈し、 変換すること」、「天体の分類やデータセット中の傾向とパターンを検証すること」、「分類の補助としての画像 処理を系統的に行えること」、「月面の特徴、銀河の型、宇宙における天体の分布に精通する」といった技術と概 念を身につけることができる。

　第３章「超新星探し」（超新星を探そう／超新星の探し方／超新星を見つけよう／画像操作にチャレンジ）では、 超新星を探すために画像処理ソフトで用いられている方法や、科学者が超新星を発見するために用いている方法を 学ぶことが出来るようになっている。ねらいは「天体を分類し、データセットの中で、傾向やパターンを確認する こと」、「分類する目的のために、画像の特徴を際立たせる技術が系統的に使用できること」、「超新星の現象を 良く知っていること」、「宇宙における私たちの位置づけについて問いかけが出来ること」、「収集したデータか ら得られた結論が、説得力があるものかそうでないものなのかを判断できること」、「多くの要素を含む複雑なシ ステムの処理が出来ること」である。

　第４章「大きさを測ろう」（クレーターの高さを比べよう／木星への衝突／ガリレオ衛星を追いかけよう／画像か ら大きさを測ろう／月面の地形の大きさを測ろう／木星の質量／ほか）は、ＣＣＤ画像を使って天体の一次元的な サイズを測るのに必要な能力を生徒が修得できるように工夫されている。例えば、月のクレーターの高さを較べた り、ガリレオ衛星の速度を較べたりするために天体のサイズを測る。この活動を通して生徒は「関数計算と比例計 算の導出と応用を科学的手法により行うこと」、「さまざまな測定のスケールの適切な使い方と科学的な表記につ いて精通する」、「画像のピクセルの数から角距離や長さといった、さまざまな形で表されるデータを解釈し、変 換をすること」、「比例計算を用いて、ある測定単位から別の単位への変換をすること」、「幾何学を用いて、微 小角近似を導出・評価・応用すること」、「月のクレーターサイズから銀河サイズまでの広範囲にわたり理解し、 比較を行うこと」が出来るように期待されている。

　第５章「明るさを測ろう」（星の明るさの測り方／超新星の光度曲線／超新星とは／等級とは／累乗ゲーム／等級 の求め方／星の等級の比較／絶対等級／星像の大きさを測ろう／ほか）は、画像処理ソフトにある測光ツールの使 い方と、画像上での観測条件による変化の影響に関する理解、そして、その観測条件による変化に対して、どう対 応すべきかを教えようとしている。測光とは光の強さを測ることで、天体の明るさがどの程度かを測ることである。 例えば、1994年に出現した超新星の一連の観測画像から光度曲線を作るなどする。生徒は「数のスケール、科学特 有の表記、様々な計測スケールの適切なセットに精通すること」、「画像上のピクセルから始まって、秒角、さら に長さの次元へと様々な形に示されたデータの解釈や変換の技術」、「ある尺度から他の尺度へ変換するために、 比率を用いること」、「微小角度の場合の近似を求め、確認し、応用するために、幾何学を用いること」、「月の クレーターから銀河の直系までの範囲の特徴的な大きさを比べ、親しむこと」、「さらに詳しい分類のために画像 強調の技術を体系的に利用すること」、「月の表面の様子や銀河のタイプ、そして、宇宙の様々な天体の大きさに 親しむこと」といった技術や概念を身につけることが求められる。

　第６章「距離を測ろう」（距離の測り方／距離による明るさの変化を調べよう／見かけの明るさからの距離と光度 を求めよう／セファイド変光星）は、恒星から放射される光の強度が、光源からの距離の二乗に反比例するという 法則（逆二乗則）を用いて、第５章で学んだ測光により距離を導き出す。この法則の利用は物理学と天文学におい てはもっとも基本的な事項である。つまり、逆二乗則は、源から球対象に放射される任意の物理量すべてについて あてはまるため、物理学における地球の周囲の重力場の強度や、陽子や電子のような点電荷の周囲の電場の強度、 電球または光の強度などが求められる。この活動を通して生徒は「科学的な方法論に基づいて関数や比例計算を導 き出し応用すること」、「問題を設定しそれを解決する中での他変数間の相互依存性」、「比例計算を使用して、 ある測定値から他の値へ変換すること」、「幾何学を用いて、微小角の近似を導き、確かめ、応用すること」、「 科学的探究を行う中で球面の幾何学を使用すること」、「逆二乗分布に従っているものの解析」、「周期関数の解 釈」、「理想気体の法則の応用」、「エネルギーの保存と変換の法則の応用」、「絶えず変化し絶えず成長する思 考過程としての科学への寄与」、「宇宙の中での私たちのいる場所についての疑問」といった技術や概念を身につ けることを期待されている。

　第７章「色とHR図」（星の色を測ろう／色と温度を観察しよう／画像から星の色を測ろう／HR図／図に表して分類 しよう／HR図をつくろう）は、ＨＲ図（ヘルツシュプルング・ラッセル図）を用いて、色と明るさから恒星の種類 を求めることを目的にしている。恒星の種類から星の年齢、化学組成、質量がわかる。この活動から「科学的技術 に基づいて、関数や比例計算を応用・導出すること」、「はっきりした結果とあいまいな結果の両方をプロットし たデータの解釈と説明をすること」、「問題の限定と解決における多様な変数の相互依存について」、「対数の目 盛りと関数への習熟」、「光のふるまいの習熟、特に色を考えるということ」、「色と感度の関係の理解」、「天 体を分類したりデータ内での傾向とパターンと同定する能力」、「データから導き出される結論について、何が判 り何が判らないかの判断を下すこと」といった技術や概念を生徒は身につけるように期待されている。