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Differentielle Rotation
© NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Roman Tkachenko
Etwa alle 11 Jahre erreicht der Fleckenzyklus der Sonne sein Maximum (das nächste mal voraussichtlich im Sommer 2025) und der Fernrohranblick der Sonnenscheibe (nach entsprechender Reduzierung der Lichtmenge) wird aufregender (der Unterschied zur ruhigen und blanken Sonnenscheibe ist vergleichbar mit dem Unterschied zwischen einer völlig ruhigen und einer vom Sturm aufgepeitschten Meeresoberfläche). Vor allem die Sonnenflecken sind es, die diesen Unterschied ausmachen. Von Tag zu Tag verschieben sich die Positionen der Flecke merklich. Ursache ist die Rotation der Sonne, die wegen ihres Gas-/Plasmakörpers in Abhängigkeit vom solaren Breitengrad verschieden schnell verläuft. Im vorliegenden WIS-Beitrag wird ein einfacher Versuch zur Bestimmung der differentiellen Rotation der Sonne vorgestellt, der auf Bilddaten das HMI-Instruments der Sonde ‚Solar Dynamic Observatory‘ (SDO) und den Ergebnissen von Freiburger Bachelorarbeiten zu diesem Thema beruht.
Fachgebiet(e): Astronomie
Bezug zu: Geowissenschaften, Informatik, Mathematik
Thema: Mechanik, Positionsastronomie, Sterne, Unterrichtsmittel, Kompetenzen, Lehr- und Sozialformen, Astropraxis, Geschichte der Astronomie
Stichwort: Sonne: Rotationsachse und Äquator, Rotation der Sonne, Sonnenflecke, Geschichte der Sonnenfleckforschung, SDO/HMI-Daten, synodischer und siderischer Umlauf, heliografische Koordinaten, Längen- und Breitenwinkel, sphärisches Koordinatensystem, Bilddaten der Sonne online abrufen, Bilddaten am Bildschirm ablesen, Bildschirmlupe anwenden, Rotation, differentielle Rotation, Winkelgeschwindigkeit, absoluter und relativer Fehler (neuer Name: Abweichung), Ablesen von Koordinatenwinkeln, Einschätzen von Fehlern, Berechnungen durchführen, Ergebnisse grafisch darstellen, Praktikumsversuch, Schülerprojekt, Gruppenarbeit, Arbeitsblatt, Sonnenbilder mit Flecken
Sonnenteleskop
© Oliver Debus
Die Sonnenbeobachtung ist ein weites Feld und gibt auch Amateuren und Schülern Möglichkeiten zur Beschäftigung. Der WIS-Beitrag gibt einen Einblick in das Thema der Sonnenbeobachtung und in die optischen Grundlagen der Teleskoptechnik. In der Praxisanwendung lernen die Schüler wie sie die Sonne mit einem selbst gebauten Sonnenfilter oder mit einem kleinen Sonnenprojektor beobachten können.
Fachgebiet(e): Astronomie
Bezug zu: NwT
Thema: Sterne, Unterrichtsmittel, Kompetenzen, Astropraxis
Stichwort: Sonne, Sonnenbeobachtung, Teleskop, Sonnenfilter, Selbstbau-Sonnenfilter, Lesekompetenz, Wissensabfrage, Recherche, kennen Möglichkeiten der Sonnenbeobachtung, können Sonnenfilter selbst herstellen, Aufgaben, Arbeitsblatt, Anleitungsvideos
Gasplanet
© NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Roman Tkachenko
Gasplaneten faszinieren mit bunten Wolken und heftigen Stürmen. In diesem Beitrag werden auf sehr grundlegendem Niveau, ausgehend von Schüler*innenvorstellungen, atmosphärische Phänomene von Planeten mit Gashülle im Sonnensystem und außerhalb, wie Wolken, Stürme und Regen, angesprochen und mit einfachen Experimenten, aber auch mit ästhetischen Zugängen, erschlossen.
Fachgebiet(e): Astronomie
Bezug zu: Mathematik
Thema: Planeten, Unterrichtsmittel, Kompetenzen, Lehr- und Sozialformen, Lernpsychologie
Stichwort: Riesenplaneten (im Sonnensystem und Exoplaneten), Distanzen/Größen (deskriptiv), Fachwissen, Methodenkompetenz (Versuch), Modellkompetenz Versuch, Gestaltung, Modelle, Versuchsaufbauten, Materialien zur Gestaltung, Versuch zur Windentstehung, Versuch zur Wolkenentstehung, Wolkenmodell Jupiter, Darstellung Riesenplaneten mit künstlerischen Zugängen, Einzelarbeit, Partner- und Kleingruppenarbeit, Plenum, Ästhetisches Lernen, Modell-Objekt-Relation, Lernen mit Modellen, Lernen durch Gestalten
Interferometer
© Olaf Fischer
ein Zweistrahlinterferometer für die Schule
„Der Teufel steckt im Detail“ sagt man so. Anders ausgedrückt ist es das Mehr an Wissen, welches sich im Detail verbirgt. Der Astronom ist daran genau interessiert, wie jeder andere forschende Mensch. Schon Galilei hat das Fernrohr genutzt, um mehr Sterne zu sehen und um mehr Details in der Milchstraße, bei den Planeten und auf dem Mond zu sehen. Vergrößern kann man aber nicht beliebig. Die Vergrößerung läuft ab einer bestimmten Grenze „ins Leere“. Diese Grenze der räumlichen Auflösung (auch Winkelauflösung genannt) hängt ab von der Größe der Öffnung (dem Durchmesser der der Apertur bzw. der Objektivbegrenzung) des Fernrohrs. Die Ursache der Begrenztheit der Winkelauflösung liegt in der Wellennatur des Lichts, welche für Phänomene wie Beugung und Interferenz verantwortlich ist. Entsprechend gilt es, Fernrohre mit größeren Öffnungen zu bauen (wie z. B. das ELT) oder größere Öffnungen punktuell zu erzeugen (Interferometer wie z. B. ALMA) oder aber vorhandene Öffnungen für bestimmte Objekte gezielter zu nutzen. Im vorliegenden WIS-Beitrag wird eine Beobachtungsanordnung vorgestellt, bei der das Schulfernrohr durch eine spezielle Doppelspalt-Aperturblende in ein Zweistrahlinterferometer verwandelt wird, mit dem im Licht von Doppelsternen Interferenzstreifen sichtbar und damit auswertbar werden. Der Test des Zweistrahlinterferometers erfolgt im Schulhaus mittels eines Modell-Doppelsterns.
Fachgebiet(e): Astronomie
Bezug zu: Informatik, Mathematik, Physik
Thema: Optik, Schwingungen/Wellen, Sterne, Kompetenzen, Astropraxis
Stichwort: Doppelstern, Zweistrahlinterferometrie, Winkelauflösung, Auflösungsgewinn, Doppelsterne im Zweistrahlinterferometer, Extremwertberechnung, Additionstheoreme der trigonometrischen Funktionen, Simulationsprogramm zur Zweistrahlinterferometrie (Python), huygens-fresnelsches Prinzip, Beugung am Einfachspalt, Interferenz nach Dop- pelspaltbeugung, Kohärenz, Interferometrie, Zweistrahlinterferometer, Kontrast, Simulieren am Computer Intensitätsverläufe für Zweistrahlinterferometer, berechnen Spaltabstände für zu erwartende Minima und Maxima im Streifenkontrast, bestimmen Abstand und Positionswinkel für Doppelstern, Schülerprojekt, bauen Modell-Doppelstern und Interferometervorsatz für Schulfernrohr
Mondseiten
© Paul Räth
CC0
Dieser WIS-Beitrag zielt auf einen Schülerauftrag, bei dem die Schüler mit Hilfe einer schematischen Darstellung von zwei verschiedenen Mondbahnversionen (ohne und mit Mondrotation) durch Vergleichen und Unterscheiden selbst auf das Phänomen der gebundenen Rotation schließen, um dann erklären zu können, warum man von der Erde aus nur die gleiche Seite des Mondes sehen kann.
Fachgebiet(e): Astronomie
Bezug zu: Sprache
Thema: Kleinkörper, Unterrichtsmittel, Kompetenzen
Stichwort: Mond, Mondphasen, gebundene Rotation, Literatur: Shakespeare, klassische utopische Literatur zum Mond, Schematische Darstellung als Hilfsmittel der Erkenntnis, Lernen durch vergleichen und unterscheiden, Schülerauftrag, Arbeitsblatt
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