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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
Titan
© NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/University of Idaho
Der vorliegende Beitrag erklärt spezifische Oberflächenmerkmale des Saturnmondes Titan und enthält zudem einen Aufgabenpool zu topographischen und geologischen Besonderheiten - inklusive Übun-gen zum Gradnetz, zu Landschaftsformen und ihrer Entstehungsgeschichte sowie einen Blick in das Innere des Trabanten. Die dargestellten Materialien sind sowohl im Astronomie- als auch im Erdkundeunterricht anwendbar.
Fachgebiet(e): Astronomie
Bezug zu: Geowissenschaften
Thema: Kleinkörper, Unterrichtsmittel, Kompetenzen, Lehr- und Sozialformen
Stichwort: Monde, Titan, Landschaftsformen, werten Fachtext aus, ordnen Fachbegriffe zu, führen Vergleich zwischen Gradnetzen und Landschaftsformen auf Erde und Titan durch, Kartenarbeit mit Titankarte, recherchieren im Netz, Einzelarbeit, Partnerarbeit, Stationsarbeit, Lerntheke Arbeitsblätter, Kreuzworträtsel, Schaubild von Titanaufbau geologische Karte von Titan
HR-Diagramm
© O. Fischer / HdA
Das Hertzsprung-Russell-Diagramm (kurz HR-Diagramm oder HRD) ist wohl eins der bedeutendsten Diagramme der Astrophysik, weil es wesentlich zum Verstehen der Zustände und der Entwicklung von Sternen beigetragen hat und dies nach wie vor tut. Diagramme stellen ein starkes Instrument der Erkenntnisgewinnung dar. Mit den geeigneten Größen und richtiger Darstellung treten die Zusammenhänge und Abhängigkeiten von den untersuchten Objekten augenscheinlich hervor. Mit dem HRD lernen die Schüler ein Punkt- bzw. Streu-Diagramm kennen, mit dessen Hilfe sich Beziehungen zwischen zwei die Strahlung eines Sterns beschreibenden Größen und damit Rückschlüsse auf Sternzustände und Sternentwicklung gewinnen lassen. Im WIS-Beitrag geht es nach einem wissenschaftsgeschichtlichen Vorspann vor allem darum, wie Schüler sozusagen auf den Spuren von Hertzsprung und Russell selbst ein HRD erzeugen können. Nach einer händischen Version liegt der Fokus auf einer Version, die mittels Computer die im Internet verfügbaren Sterndaten der Astrometriesatelliten Hipparcos und Gaia dafür nutzt. Abgerundet wird der Beitrag schließlich durch ein Aktivitätsangebot, welches Bezug nimmt auf den historischen Einstieg zu Beginn. Schüler können auf gegebenen Fotoplatten der Sternwarte Sonneberg (V und B) von zwei Sternhaufen selbst die V-Helligkeiten und die Helligkeitsdifferenzen B-V mittels der „Durchmessermethode“ ermitteln und von den selbst gewonnen Daten dann ein FHD erstellen. Im WIS-Beitrag* geht es vor allem um die Aktivität der HRD-Erstellung. Das breite Feld der HRD-Interpretation und –anwendung kann nur gestriffen werden und bietet Raum für einen weiteren WIS-Beitrag.
Fachgebiet(e): Astronomie
Bezug zu: Informatik, Mathematik, NwT
Thema: Sterne, Unterrichtsmittel, Kompetenzen, Geschichte der Astronomie
Stichwort: Werdegang des HRD, E. Hertzsprung, H.N. Russell, A.C. Maury, A.J. Cannon, „Harvard-Computer“, Hertzsprung-Russell-Diagramm (HRD), Farben-Helligkeits-Diagramm (FHD), HR-Diagrammtypen, HR-Diagrammachsen, FHD-Beispiele, FHD von Plejaden und Hyaden, FHD von Hipparcos- und Gaia-Daten, Ma: Streudiagramm, Logarithmus, logarithmische Achsen Info: Arbeit mit astronomischer Datenbank, Python-Programmierung, Diagrammarbeit, Umgang mit logarithmisch geteilten Achsen, Einstieg ins Programmieren mit Python, Sterndaten aus Katalogen abrufen und verarbeiten, Durchmessermethode zur Bestimmung von Sternhelligkeiten anwenden, Dateien: gescannte Fotoplatten, Sterndaten, Programm-Code, Kopiervorlagen für HRD und FHD
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