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Bezugnehmend auf verschiedene Beiträge zu diesem Thema (z.B. SuW 11/2020) habe ich folgende Frage. Die bisherige zeitliche Entwicklung des Weltalls ist offenbar im Prinzip bekannt, und es gibt dazu grafische Darstellungen. Diese stehen m.E. in direktem Zusammenhang mit dem zeitlichen Verlauf der Hubble-Konstanten. Liegen für die bisherige Entwicklung dieser "Konstanten" einzelne astronomische Messwerte über der Zeit vor, oder gibt es für deren Verlauf sogar eine mathematische Näherungsfunktion, z.B. eine modifizierte Exponential-Funktion o.ä.? Eine exakte Funktion kann es sicher (noch) nicht geben, weil der heutige Wert der Hubblekonstanten ja noch gar nicht exakt bekannt ist.
Stellungnahme der Redaktion
Für den bisherigen Verlauf der Hubble-Konstanten gibt es keine einzelnen Messwerte zu verschiedenen Zeiten. Das kann es auch nicht geben, denn sie kann stets nur in der Gegenwart (bzw. in der sehr nahen Vergangenheit) gemessen werden. Die genannten grafischen Darstellungen sind Weltmodelle, die aus der gegenwärtigen Messung und anderen Beobachtungsbefunden (z.B. der Mikrowellen-Hintergrundstrahlung, der kosmischen Helium-Häufigkeit, der Helligkeit von Supernovae als Funktion der Rotverschiebung usw.) mittels der Allgemeinen Relativitätstheorie abgeleitet werden. Dennoch ist der Verlauf wohl ganz gut bekannt. Die Unsicherheit, auf die sich Herr Michaelis in seinem letzten Satz beziehen, beträgt nur noch wenige Prozent. Das wuerde man in einer der typischen Grafiken gar nicht erkennen. Was diese Grafiken darstellen, das sind in der Tat mathematische Näherungsfunktionen, die aber wegen des unterschiedlichen Verhaltens der verschiedenen Komponenten des Universums (Licht, Neutrinos, Atome, Dunkle Materie, Dunkle Energie) ziemlich kompliziert sind.
Generell hat die Hubble-Konstante seit dem Ende der aus guten Gruenden vermuteten kosmischen Inflation, also seit einem Weltalter von weit unter einer Billionstel Sekunde, stets abgenommen. Und sie wird auch jedenfalls in den nächsten paar Milliarden Jahren weiter abnehmen. Danach kann sie - je nach den bisher unbekannten Eigenschaften der Dunklen Energie - eventuell konstant werden.
Danke für den interessanten Artikel über das Trappist1-System! Ich finde allerdings die Grafik/Tabelle zur Dichte der Trappist1-Planeten auf Seite 31 irreführend. Im Text wird die Abweichung der Dichte der Trappist1-Planeten auf weniger als 3 Prozent beziffert. In der Grafik sieht das auch so aus, allerdings nicht in der Tabelle.
Schaut man sich das Original der Grafik an (https://www.jpl.nasa.gov/images/comparison-of-trappist-1-to-the-solar-system), steht dort an der Ordinate die "uncompressed density". In der Tabelle ist die mittlere Dichte (Masse/Radius) angegeben. Auf diesen Unterschied wird jedoch nicht hingewiesen.
Stellungnahme der Redaktion
Vielen Dank für den Hinweis. Ein entsprechender Hinweis auf diese Diskrepanz von einem anderen Leser wird mitsamt einer Antwort der Autorin (mit gleicher Erklärung wie hier von Herr Scharbert) im Augustheft auf der Leserbriefseite erscheinen.
Für einen langjährigen Leser von S+W war "Die wahren Farben der Sterne" eine interessante, persöhnlich anschauliche, Perspektive auf das bekannte HR-System der Stern-Größen- und Altersklassifikation. Ein wahrer Lesegenuss. Dabei kam mir im Zusammenhang mit Wega folgender Gedanke: da dieser schnell rotiert und abgeplattet ist, sind Wega's Pole viel heißer (und haben sicher viel schnellere Sternwinde dort; analog zu den Ergebnissen der Ulysses-Mission um die Pole der Sonne) als desse Äquator. Da Sterne anhand ihrer Farbtemperatur in das HR-Diagramm eingestellt werden, müsste man zur genauen Einstufung die Orientierung der stellaren Rotationsachse messen, die Rotationsgeschwindigkeit kennen und entsprechend der Abplattung auf "Äquatoriale-Standardwerte" korrigieren! Wird solches schon gemacht?
Stellungnahme der Redaktion
Herr Marek sieht das vollkommen richtig. Aber dennoch wird das im allgemeinen nicht gemacht, denn es ist normalerweise ein riesiger Aufwand, die Rotationsachse eines Sterns d.h. ihre Lage relativ zur Sichtlinie festzustellen. Für viele Zwecke ist dieser Aufwand allerdings auch nicht nötig. Bei nicht extrem rotierenden Sternen - der großen Mehrheit! - liegen die Unterschiede im Bereich von max. 10 Prozent der Helligkeit und ein Prozent der Temperatur. Das geht i.a. in der Unsicherheit der Entfernung unter.
Dieser Aufwand (und oft die vollkommene Unmöglichkeit), die Achslage zu bestimmen ist auch der Grund dafür, dass in Sternkatalogen fast immer nicht die Rotationsgeschwindigkeit, sondern nur ihr Produkt mit dem Sinus des Neigungswinkels (v sin i) angegeben wird.
Liebes Sterne-und-Weltraum-Team,
ich habe besonders in der aktuellen Ausgabe (5/2021) viele Artikel mit besonders großer Freude gelesen. Es sind dies vornehmlich die Artikel "Von wo könnten Aliens die Erde aufspüren?", "Die wahren Farben der Sterne", "Staub in allen Ecken" und "Earth Attacks". Alle Artikel sind nicht nur wie üblich informativ, sondern auch launig und mit einem kleinen Augenzwinkern geschrieben, das mir persönlich sehr viel Spaß bereitet hat. Ein großes Lob an die Autor*innen.
Ich finde allerdings auch, dass die Rezension von Avi Loebs Buch "Ausserirdisch" (sic.) zu sehr ins Persönliche gegangen ist. Fachlich sicherlich begründet sollte ein(e) Rezensent(in) dennoch einen gewissen persönlichen Abstand wahren. (Ich empfehle in diesem Zusammenhang den Abschlussmonolog von Anton Ego im Disney-Film Ratatouille, in dem die Bedeutung einer Kritik ins rechte Licht gerückt wird.)
Passend zur astronomischen Bildung im Physikunterricht habe ich heute mit meinen Schülerinnen und Schülern den Freien Fall und die Auswirkung des Luftwiderstandes darauf untersucht. Dazu zeigte ich auch das "Hammer-Feather Drop Experiment", das am Ende der Apollo 15 Mission durchgeführt wurde - beide Körper fallen im Vakuum gleich schnell zu Boden. Sie fallen im Video sichtbar langsamer als auf der Erde und ein Schüler machte den Vorschlag, mit Hilfe des Videos den Ortsfaktor auf dem Mond zu bestimmen. Wir schätzten die Höhe, ebenso wie die NASA, auf 1,6 m und bestimmten die Fallzeit mit ca. 0,9 Sekunden. Mit g=2s/t² bestimmten wir damit einen Ortsfaktor von 3,95 m/s², was deutlich über dem bekannten Wert von 1,62 m/s² liegt. Die Abweichung ist nicht durch Messfehler zu erklären. Hammer und Feder müssten aus der beobachteten Höhe ca. 1,4 Sekunden lang fallen. Was haben wir übersehen? Läuft das Video etwa zu schnell ab? Das Video wird von der NASA hier bereitgestellt: nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/lunar/apollo_15_feather_drop.html
22.03.2021, Dr. Helmut Tributsch, Gleisdorf Österreich
Es gibt eine neue Publikation (2021) mit dem Titel: „Zeitneutralität der Naturgesetze in Frage gestellt. Zeit ist keine Illusion, sondern fortlaufender energiegetriebener Informationsverlust“.
(“Time neutrality of natural laws challenged. Time is not an illusion but energy-driven ongoing information loss” Journal of Modern Physics, 12, 300-327. doi: 10.4236/jmp.2021.123023. https://www.scirp.org/journal/paperinformation.aspx?paperid=107438 )
Sie enthält zwei Beweise gegen die Zeitneutralität der Naturgesetze (auf die Carlo Rovelli und wichtige Physiktheorien aufbauen), findet, dass eine dynamische Energie die Zeit antreibt, und leitet damit erstmals die thermodynamischen Gesetze von fundamentalen Prinzipien her. Die Philosophen und rational denkenden Menschen, die immer mit einer fortlaufenden, historischen Zeit argumentierten, würden Recht behalten. Die Debatte über die Zeit ist also noch nicht zu Ende.
Brauchen wir Astronomie an allgemeinbildenden Schulen? Ja, aber nicht als eigenes Schulfach. Das ist meine Meinung nach 57 Jahren Begeisterung für die Astronomie und knapp 40 Jahren Lehrtätigkeit als Physiklehrer an einem Gymnasium in Schleswig-Holstein. Warum?
Der verbindliche Teil des fachgebundenen Schulunterrichts bis zum Ende der Schulpflicht soll nach meinem Verständnis bewirken, dass junge Menschen Lebenssituationen aller Art bewältigen können. Dazu soll er ihnen geeignete Kenntnisse, Fähigkeiten und Werte vermitteln, damit sie verantwortungsvoll agieren und die Folgen ihres Handelns lokal und global, kurz- und langfristig einschätzen und steuern können. Ziel muss dabei sein, die Bedingungen für das Leben auf der Oberfläche des Planeten Erde insgesamt zu optimieren und drängende aktuelle Probleme der Menschen zu lösen. Seien wir doch ehrlich: Dazu kann die Astronomie, so faszinierend sie für uns auch sein mag, leider nur einen minimalen Beitrag leisten und den können Lehrkräfte in Schulfächern wie Geografie und Physik auch ohne astronomische Spezialausbildung leicht vermitteln.
Allerdings sollte die Astronomie oder besser die Astrophysik als Teil unserer Kultur durchaus den unverbindlichen Teil des Schulunterrichts bereichern. Wahlkurse der Sekundarstufe I bieten sich dafür an, auch wählbare Physikkurse der Sekundarstufe II. Besonders geeignet sind jedoch Organisationsformen außerhalb der Klassen- und Kursverbände, auch schulübergreifend, zum Beispiel Arbeitsgemeinschaften, Arbeitsgruppen in Projektwochen oder Kurse der Begabtenförderung. Sie alle bieten den riesigen Vorteil, dass sich die Gruppen auch abends und nachts treffen können. So sind astronomische Beobachtungen und sogar messendes und experimentelles Arbeiten möglich. Modelle, Ausstellungen und Wettbewerbsbeiträge können entstehen und in der Schulöffentlichkeit für die Astronomie werben.
Schülerinnen und Schüler bringen dabei ihre speziellen Interessen und Fähigkeiten ein, sie lernen jahrgangsübergreifend voneinander, es gibt keinen Druck durch die Vorschriften eines Lehrplans und Noten werden auch nicht erteilt. Das sind ideale Bedingungen für ein selbstbestimmtes, individualisiertes und erfolgreiches Lernen auf hohem Niveau und bereitet auch der betreuenden Lehrkraft viel Freude.
Mit solchen Angeboten von wenigen speziell interessierten und engagierten Lehrkräfte erreicht man natürlich immer nur wenige Schülerinnen und Schüler. Aber würden wir dagegen alle jugendlichen zwingen, sich mit astronomischen Sachverhalten zu befassen, die kaum nachvollziehbare Auswirkungen auf ihren Alltag haben, so würden wir vielleicht das Gegenteil dessen bewirken, was wir wollen. Und vergessen wir nicht: Astronomische Bildung für Jugendliche findet auch außerhalb der Schule statt, in Volkshochschulen, Volkssternwarten, Planetarien, durch gute Zeitschriften, Bücher, Vorträge und andere Medien oder durch Veranstaltungen wie den Tag der Astronomie.
Brauchen wir also wirklich ein spezielles Schulfach Astronomie mit speziell ausgebildeten Lehrern?
Lieber Herr Clausnitzer, liebe Redaktion von Sterne und Weltraum,
ich freue mich, dass unsere veröffentlichten Leserbriefe einen wichtigen Beitrag zur Wahrnehmung der Schulastronomie in der Öffentlichkeit leisten können.
Seit Jahren engagieren Sie, lieber Herr Clausnitzer, sich beispielhaft für die astronomische Bildung. Das schätze ich sehr. Daher war es auch keinesfalls meine Absicht, Ihren offenen Brief an die Ministerpräsidenten zu zerreden. Ich stimme der Forderung nach einem zweistündigen Unterrichtsfach Astronomie in der Klassenstufe 9 oder 10 im Sinne der Allgemeinbildung bedingungslos zu.
Seit Jahrhunderten hilft uns die Astronomie dabei, unsere Welt zu verstehen, Erkenntnisse zu erweitern und unseren Platz im Universum immer wieder neu zu interpretieren. Dieser Erkenntnisgewinn erfordert immer mehr Aufwand und damit auch finanzielle Ressourcen. Einerseits werden diese inzwischen von privaten Raumfahrtunternehmen aufgebracht, andererseits natürlich auch Steuergelder eingesetzt. Immer mehr Nationen erforschen erfolgreich den Weltraum, Ziele wie Mars und Mond sind aktueller denn je. Die Allgemeinheit wird stets davon profitieren und kann zunehmend daran teilnehmen. An dieser Stelle möchte ich die Arbeit von Alexander Gerst würdigen. Er hat durch seine sympathische Art und den medialen Einsatz große Begeisterung in allen Altersgruppen für die Raumfahrt hervorgerufen und mir aktuelle Inhalte für so manche Physik- oder Geographiestunde geschenkt.
Auch die äußerst erfolgreiche und spektakuläre Landung des Rovers Perseverance auf dem Mars im Februar 2021 hat medial Eindruck hinterlassen – die Landung aus mehreren Kameraperspektiven auf dem roten Planeten ist wirklich sehenswert. Ganz nebenbei: Die verbesserte Landegenauigkeit ließ sich prima in Form eines experimentellen Wettbewerbes zum waagerechten Wurf in den Physikunterricht der 11. Klasse einbauen – natürlich stark vereinfacht.
Und genau hier liegen die Grenzen der astronomischen Möglichkeiten im sächsischen Lehrplan. Als Lehrer eines naturwissenschaftlichen Faches kann man die Astronomie einbauen, muss aber dann an anderen Stellen kürzen, von den 18 in der 10. Klasse vorgesehenen Physikstunden abgesehen. Das gelingt nur punktuell und oberflächlich. Des Weiteren sind die astronomischen Kenntnisse der meisten Lehrkräfte begrenzt, da sie keine fachdidaktische Ausbildung haben. Auf fakultatives Engagement angewiesen, kann so keine flächenhafte astronomische Grundbildung unserer Schülerinnen und Schüler sichergestellt werden. Trotzdem möchte ich alle Lehrerinnen und Lehrer erneut dazu ermutigen, astronomische Beispiele und aktuelle Ereignisse in ihren Unterricht einzubauen und im Rahmen von Projekten oder dem fächerverbindenden Unterricht zu nutzen.
Welche Möglichkeiten gibt es nun, diesem Dilemma zu entfliehen?
Die Zeit für eine Diskussion zur Wiedereinführung des Schulfaches Astronomie in den Bundesländern ist denke ich reif, der offene Brief daher richtig und wichtig. Zeitgleich sollte auch an die fachdidaktische Ausbildung der Physiklehrer gedacht werden. An der TU-Dresden ist eine Einführung in die Astronomie im 5. und 6. Semester enthalten. Damit wurde zumindest auf die integrierten Lehrplaninhalte in Physik reagiert. Wie tiefgehend diese Kurse sind, entzieht sich jedoch meiner Kenntnis. Sollte das Schulfach Astronomie wieder eingeführt werden, müssen dafür ja genügend Lehrkräfte verfügbar sein. Vielleicht können ja aber auch Schüler- und Elternvertretungen die Entwicklung unterstützen. Auch die Fachkonferenzen der Physiklehrer können tätig werden. In schulinternen Fortbildungen können astronomisch versierte Lehrkräfte ihren Kolleginnen und Kollegen notwendiges Fachwissen vermitteln. Ich selbst habe diese schon an unserer Schule durchgeführt und es haben nicht nur PhysiklehrerInnen daran teilgenommen.
Gibt es eigentlich schon Reaktionen auf den offenen Brief seitens der Bildungspolitik?
Ich freue mich auf weitere Diskussionsbeiträge!
Silvio Henker, Sportgymnasium Dresden
Als Abonnent von Sterne-und-Weltraum, ehemaliger Lehrer und Hobbyastronom möchte ich eine Anregung für eine Rubrik geben: Zukunftsromane-Science-und-Fiction mit astronomischem Bezug. Hintergrund:
1. Ein kluger Kopf hat mal bemerkt, dass unsere Welt einem Tanker gleicht, der mit Vollgas durchs Meer rauscht - und keiner steht auf der Brücke und denkt darüber nach, wohin die Reise gehen soll ...
2. Als ehemaliger Physik- und Mathematiklehrer habe ich ja meine Schüler*innen für die nächsten 30 Jahre ausgebildet - aber niemand konnte mir sagen, für welche Zukunft ...
3. Für solche Themen ist eigentlich die geistige "Elite" zuständig, die "Dichter und Denker", die Philosophen - und die oft gut informierten Autoren von Zukunftsromanen bzw. Zukunftsfilmen. Geprägt von guten Roman z.B. von Stanislaw Lem habe ich diese immer gerne gelesen und angesehen. Natürlich ist nicht allein die Astronomie für unsere Zukunft zuständig, aber gerade dieser High-Tech-Bereich beeinflusst unser Weltbild und unser Denken über die Zukunft fundamental!
4. Ich trenne dabei den wissenschaftsnahen astronomischen Zukunftsroman streng von klassischer "Science-Fiction", die meist nur Weltraum-Märchen oder Fantasy a la "Star Wars" darstellt, "Laserschwert statt Zauberstab" ...
5. Es gibt im deutschen Sprachraum nur die Zeitschrift "diezukunft", die sich dieser Literatur bzw. diesem Filmgenre widmet, und die die Leser berät, aber leider auch den ganzen Fantasy-Kram enthält ...
Daher möchte ich anregen, regelmäßige wissenschaftsnahe Zukunfts-Filme und -Bücher mit in Ihre Rubriken aufzunehmen: Als Beispiele "Der Marsianer", "die drei Sonnen", evtl. die sehr beliebte Buchreihe "The Expanse". Oder auch die wichtige Bedeutung von "Frau im Mond".
Dabei können z.B. die Inhalte mit dem heutigen Wissenschaftsstand abgeglichen werden, mögliche Zukunftspfade vorgestellt werden und - endlich - gute und schlechte Zukunftliteratur und -Filme verglichen und beurteilt werden.
Ich habe z.B. fast alle SciFi-Filme zu Asteroideneinschlägen auf der Erde gesehen - der einzige korrekte Film dazu ist ist "Deep Impact" (den ich regelmäßig im Unterricht vorgestellt und durchgerechnet habe - eine Schülerin hat mit Jahre später gestanden, dass dies die beeindruckendsten Schulstunden ihrer Schulzeit gewesen sei).
Im Zeitalter der Computersimulationen in der Astronomie liegen solche zu Spielfilmen erweiterten Simulationen nicht weit entfernt. Dazu könnten erweiterte Themen kommen wie z.B. die Rolle und Beziehung von Religion und astronomische Wissenschaft heute und in Zukunft und in der Zukunftsliteratur; oder die zunehmende Wichtigkeit von KI im Weltraum wie in "Odyssee" ...
Ich könnte mir vorstellen, dass eine solche Rubrik, als Erweiterung der bisherigen Buchrezensionen oft "trockener" Bücher, die Bedeutung und Akzeptanz von Astronomie stärkt und die Sichtweise verstärkt, wie wichtig diese Wissenschaft für unsere Zukunft ist.
Stellungnahme der Redaktion
Sehr geehrter Herr Bolter,
vielen Dank für Ihre Zuschrift und die Anregung zu einer neuen SuW-Rubrik.
Ich bin grundsätzlich ganz Ihrer Meinung. Wie Sie vielleicht wissen, bin ich dem Thema Sciencefiction sehr zugetan und habe einige Filme sowie Serien in meinem Buch "Die Wissenschaft schlägt zurück" (2019) und auch auf dem YouTube-Kanal "Urknall, Weltall und das Leben" besprochen. In der inzwischen eingestellten Zeitschrift "Abenteuer Astronomie" betreute ich die Kolumne "Fakt und Fiktion". Ich bin aus persönlicher Erfahrung überzeugt, dass gerade bei Schülerinnen und Schülern diese Form der Vermittlung naturwissenschaftlicher Konzepte ein sehr guter Zugang ist.
In der SuW-Rubrik "Neu erschienen" wurden auch schon "Grenzgänger" besprochen, nämlich Bücher, die in irgendeiner Form mit Sciencefiction zusammenhängen. Natürlich hatte ich auch schon darüber nachgedacht, die Sciencefiction in SuW mehr zum Zuge kommen zu lassen und ihr zum Beispiel in Form einer Kolumne wissenschaftlich auf den Grund zu gehen.
Das ist allerdings nicht so einfach, weil ich diesen Platz im Heft schaffen müsste, sprich eine andere Rubrik müsste weichen oder gekürzt werden. Gelegentlich haben wir die Möglichkeit solche Änderungen vorzunehmen – aktuell sehe ich diese jedoch nicht, bleibe aber offen dafür. Auch ein Einzelartikel zum Thema ist denkbar.
Gibt es Doppelsternsysteme, die man als Hobbyastronom beobachten kann, und bei denen man über einen gewissen Zeitraum auch die Bewegung eines oder beider Partner beobachten kann?
Solch ein Paar müsste entsprechend hell sein, eine Umlaufzeit von Monaten oder wenigen Jahren haben, der Abstand müsste groß genug sein, um beide Partner getrennt abbilden zu können, und die Bahnebene sollte im Idealfall geneigt sein, um eine Draufsicht zu ermöglichen. Zudem wäre es aus meiner Sicht ideal, wenn das System von der Nordhalbkugel sichtbar wäre.
Ich habe im Internet keine brauchbare Aufstellung dazu gefunden. Können sie mir weiterhelfen?
Stellungnahme der Redaktion
Ja es gibt einige wenige Doppelsterne, die man einem kleinen Teleskop noch trennen kann, und bei denen über die Jahre eine Bewegung erkennbar ist. Hierzu möchte ich auf den Artikel "Doppelsterne am Frühlingshimmel" in SuW 4/2018 verweisen. Dort werden die beiden Systeme gamma Virginis und xi Ursae Majoris vorgestellt, die jetzt im anbrechenden Frühling gut beobachtbar sind.
Sie beschreiben sehr überzeugend, was ein Astronomieunterricht den Schülern zu geben vermag, wenn er von astronomisch versierten Lehrpersonen gestaltet wird. Bis 2007 war das sachsenweit gewährleistet, weil für den eigenständigen Astronomieunterricht nur knapp 600 solche Lehrkräfte nötig und auch vorhanden waren, pro Schule eine. Nun werden die meisten Schüler jedoch von den anderen 1400 Physiklehrern unterrichtet, die gar nicht erfreut sind, 18 Stunden Astronomie unterrichten zu müssen, zumal sie dadurch weniger Zeit für die Physik haben. Denn die obligatorische Astronomiestunde in Klasse 10 fiel 2007 weg, ohne dass die Zahl der Physikstunden erhöht wurde. Das erklärt, warum der in den Physikunterricht integrierte Astronomieteil in den meisten Klassen gekürzt, halbherzig unterrichtet oder weggelassen wird. Das ist allerdings nicht die Schuld der Physiklehrer, sondern die Folge einer Fehlentscheidung, die gegen vorliegende Gutachten, gegen das 7:2-Ergebnis einer Landtagsanhörung und gegen massive Proteste der Bevölkerung politisch durchgedrückt wurde.
Unstrittig ist, dass in vielen Fächern Verbindungen zur Astronomie hergestellt werden können und sollten. Aber bitte als Vorbereitung oder Ergänzung und NICHT ANSTATT eines professionellen Astronomieunterrichts.
Zu einem anderen Punkt Ihres Briefes: Die Vertreter eines bestimmten Faches dürfen und sollen die Wichtigkeit ihres Faches aufzeigen. Zu sagen, was dafür auf anderen Gebieten wegfallen soll, wäre hingegen wenig seriös. Die einzelnen Fächer von Zeit zu Zeit entsprechend den Zielen der allgemeinen Bildung und den Erfordernissen der Zukunft neu zu gewichten, obliegt den Kultusministerien beziehungsweise der Politik.
Für die Vermittlung astronomischer Inhalte wird auch dann Unterrichtszeit »verbraucht«, wenn sie vorwiegend im Physikunterricht erfolgt. Nur ist dieses Modell eben wenig effizient, weil es mit dem mehrfachen Bedarf an astronomiekundigen Lehrpersonen und einer im Durchschnitt viel geringeren Unterrichtsqualität einhergeht. Denn dann müssten quasi alle Physiklehrer zugleich auch astronomisch interessiert und bewandert sein, was in KEINEM Bundesland auch nur im Entferntesten gegeben ist und sich auch in Zukunft nicht erfüllen lässt. Dass das erst wenige Bundesländer erkannt haben, lässt es notwendig erscheinen, noch überzeugender zu argumentieren. In diesem Sinne ist der Brief an die Ministerpräsidenten konstruktiv und wichtig. Wir sollten ihn nicht zerreden.
Da es bis heute nicht möglich ist Teilchen wie WIMPs zu entdecken bzw. nachzuweisen ( Siehe Sterne und Weltraum 1/2021, Seite 19 ), aber gleichzeitig allein in der Sonnenumgebung sich sehr viel leuchtschwache Braune Zwerge und kühle Rote Zwerge aufhalten ( Siehe Sterne und Weltraum 1/2021, den tollen Artikel über Gaia, Seite 31 ), stellt sich mir die Frage, ob die Dunkle Materie nicht mit ganz normaler Materie erklärt werden kann. Dazu kommt eine immer größere Anzahl Schwarzer Löcher ( Siehe Sterne und Weltraum 11/2020, Seite 21 ), die durch Gravitationswellendetektoren entdeckt werden. Dabei kann davon ausgegangen werden, dass es sehr viele Schwarze Löcher im Universum geben muss. Auch Neutrinos haben eine Masse, wenn auch nur extrem klein ( Siehe Sterne und Weltraum 1/2021, Seite 21 ). Und es gibt fast unendlich viele Neutrinos. Kann die fehlende Masse, also Dunkle Materie im Universum, nicht mit, für uns, unsichtbarer normaler Materie erklärt werden ?
Stellungnahme der Redaktion
Diese Frage ist seit der Entdeckung der ersten Anzeichen für die Dunkle Materie vor inzwischen über 80 Jahren von Profis wie Laien immer wieder aufgeworfen und von den Profis immer wieder intensiv diskutiert worden. Herr Schreyer hat diese Frage in kluger Weise für die aktuelle Situation neu formuliert. Die kurze Antwort besteht heutzutage aus drei Teilen:
1.) Die von Herrn Schreyer angeführten laufenden Entdeckungen von zusätzlichen Komponenten normaler Materie sind um viele Zehnerpotenzen (wirklich viele!) zu wenig, um die fehlende Gravitation in Galaxien und Galaxienhaufen zu erklären. Auch die noch gar nicht alte Entdeckung von Millionen Grad heißem Gas in und um Galaxienhaufen, die den Gesamtbestand an bekannter normaler Materie mehr als verdoppelt hat, ist für die Dunkle Materie nicht ausschlaggebend. Sie hat eher ein bekanntes Defizit an normaler Materie beseitigt als dass sie den vermuteten Bestand vergrößert hätte (siehe unten, 3.).
2.) Die Neutrinos sind als wesentlicher Bestandteil der Dunklen Materie vollkommen auszuschließen, egal wie viele es davon geben könnte, da sie die falschen Eigenschaften besitzen. Aufgrund ihrer geringen Masse sind sie grundsätzlich nahezu lichtschnell. Sie können sich deshalb nicht in Schwerkraftmulden versammeln, sondern fliegen stets einfach hindurch. Genau das aber, sich in Schwerkraftmulden zu sammeln und diese dadurch zu vertiefen, ist eine der wichtigsten "Funktionen" der Dunklen Materie: Ohne ganz viel Masse in Form von langsamen Teilchen (langsam im Vergleich zur Lichtgeschwindigkeit) ist es nicht möglich, in wenigen Milliarden Jahren nach dem Urknall die großen Galaxien und Galaxienhaufen, die wir heute im Universum beobachten, aus der homogenen "Ursuppe" zusammenzufegen, die wir mit der kosmischen Hintergrundstrahlung 400 000 Jahre nach dem Urknall sehen.
Wie durchschlagend dieses zweite Argument ist, kann in einem kurzen Text nicht verdeutlicht werden. Diese Behauptung wirklich verständlich zu begründen würde einen 10-seitigen Hauptartikel in SuW benötigen.
3.) Das heutzutage aber noch durchschlagendere Argument ist das dritte. Es ist der Grund, weshalb Herrn Schreyers Frage in der Fachwelt heute nicht mehr wirklich diskutiert wird, und wohl auch in Zukunft nicht mehr diskutiert werden wird. Wenn das Universum zu 25-30 Prozent der kritischen Dichte mit normaler Materie erfüllt wäre - das ist der Inhalt der Frage! - dann wäre die chemische Zusammensetzung der "Ursuppe" eine völlig andere als wir sie tatsächlich beobachten. Auch dieses Argument kann nicht in kurzer Form vollständig dargelegt werden. Die Häufigkeitsverhältnisse von Wasserstoff, Deuterium, Helium-3 und Helium-4 im Universum sind mit 25-30 Prozent normaler Materie einfach nicht zu kriegen, sondern verlangen definitiv etwa 4-5 Prozent der kritischen Dichte.
23.12.2020, Michael Grabner, Portland, Oregon, USA
Liebes SuW-Team, die regelmaessige Graphik in der Mitte des Heftes verwirrt mich ein wenig. Der Pfeil mit Widdersymbol zeigt die Richtung zum Fruehlingspunkt. In Heft 1/2021 schaut es dann aber so aus, als ob sich die Erde zum Herbstpunkt bewegen wuerde, der ja gegenueber des Fruehlingspunktes liegen wuerde. Aber ist es nicht gerade umgekehrt? Bitte um Erklaerung. Vielen Dank!
Stellungnahme der Redaktion
Das ist so vollkommen richtig. Wenn die Sonne von der Erde aus gesehen im Frühlingspunkt steht, dann steht die Erde von der Sonne aus gesehen wie immer genau in der entgegengesetzten Richtung, in diesem Fall also im Herbstpunkt.
Mit großem Interesse las ich in der Ausgabe 01/2021 das Interview mit Herrn Lutz Clausnitzer zum Thema Astronomie in der Schule. Dazu möchte ich Ihnen als treuer Leser von Sterne und Weltraum gern ein paar Zeilen zukommen lassen.
Als astronomiebegeisterter Physik- und Geographielehrer an einem Dresdner Gymnasium habe ich das Glück, alle noch im Sächsischen Lehrplan vorkommenden Astronomieinhalte unterrichten zu dürfen. In den Geographieunterricht integriert ist dabei der Aufbau des Sonnensystems, die Bewegung der Erde und die Entstehung der Gezeiten und Jahreszeiten. Im Physikunterricht der Klasse 6 lernen SchülerInnen die astronomischen Grundlagen von Mond- und Sonnenfinsternis kennen. Den größten Anteil machen etwa 18 Wochenstunden in der Klassenstufe 10 innerhalb des Physikunterrichts zur eigentlichen Astronomie aus. Das ist recht knapp, ich nehme mir dafür in meinen Klassen etwas mehr Zeit, muss aber an dafür an anderer Stelle kürzer treten.
Laut Lehrplan erreicht also jeder Lernende durchaus auch ohne ein eigenständiges Unterrichtsfach ein gutes astronomisches Grundwissen - sofern die FachlehrerInnen den astronomischen Inhalten genügend Raum in ihren Stoffverteilungsplänen geben.
Die Astronomie hat an meiner Schule, obwohl es sich um ein Sportgymnasium handelt, einen hohen Stellenwert. Wir veranstalten Beobachtungsabende mit teils über 100 interessierten SchülerInnen, Geschwistern und Eltern und beobachten live im Unterricht, etwa die letzte Sonnenfinsternis oder Venus- und Merkurdurchgänge. Alle SchülerInnen der 10 Klasse fertigen ein astronomisches Beobachtungsprotokoll an.
Das Interesse der Schüler zeigt sich auch an gewählten Themen der wissenschaftlichen Arbeiten. Jeder Schüler muss bis zum Abitur eine größere Arbeit zu einem selbstgewählten Schwerpunkt anfertigen. Astronomische Themen sind dabei sehr beliebt.
Ich denke, dass Astronomie als Unterrichtsfach eine Sicherungsfunktion erfüllt. Es würde die astronomische Wissensvermittlung SICHERSTELLEN. Momentan ist sie durchaus möglich, hängt aber noch zu stark von den Vorlieben der Fachlehrer ab.
Auch ich würde mir ein eigenständiges Fach Astronomie wünschen und wäre bestimmt der erste, der sich für das Zusatzstudium anmelden würde. Im offenen Brief zur Astronomie vermisse ich jedoch ein Angebot der Unterzeichner, wie das zusätzliche Stundenvolumen erzeugt werden soll. Erst im August 2019 wurde in Sachsen die Stundentafel aufgrund der vergleichsweise hohen Lernbelastung gekürzt, so dass einige Fächer mit weniger Stunden auskommen müssen. Wer sollte nun noch für die Astronomie Stunden abgeben? Eine Erhöhung des Stundenvolumens ist erst recht unwahrscheinlich.
Für realistischer halte ich es, die in den Fächern Geographie und Physik verteilten astronomischen Inhalte von der fakultativen auf die verpflichtende Seite des Lehrplans zu holen. Auch sollte es mehr Fortbildungsangebote für die Lehrkräfte geben. Gleichzeitig sollten die FachlehrerInnen ermutigt werden, z.B. durch die FachberaterInnen, öfter astronomische Inhalte in ihren Unterricht einzubauen. Gerade in Physik ist das bei vielen Themen möglich - Energieversorgung, Kräfte, elektromagnetische Wellen, Licht usw. Das Interesse der Schüler ist dafür auf jeden Fall da.
Eine weitere Möglichkeit bietet der fächerverbindende Unterricht. Zwei Wochen im Schuljahr können unabhängig vom Lehrplan für verschiedenste Themen genutzt werden. Würde hier in der Klassenstufe 9 oder 10 die Astronomie platziert und von Geographie- und PhysiklehrerInnen betreut werden, wären das fast so viele Stunden wie für ein eigenständiges Fach.
Der offene Brief an die Bildungspolitik ist sicherlich einen Versuch wert, die Aussicht auf Erfolg jedoch gering. Aber es gibt eben auch zahlreiche andere Möglichkeiten, die Begeisterung für das Universum bei unseren SchülerInnen zu wecken und zu fördern.
Kometen fliegen häufig parabolische oder ellipsenförmige Flugbahnen um die Sonne, da sie von der Masse der Sonne abgelenkt werden. Die Sterne in der Nähe von Sagittarius A* fliegen ebenfalls parabolische oder ellipsenförmige Flugbahnen um Sagittarius A*, da sie von der großen Masse des Schwarzen Loches abgelenkt werden.
Nun meine Frage: Photonen werden beim Vorbeiflug an einem schweren Körper ebenfalls von Ihrer Bahn abgelenkt, so dass wir das Licht von fernen Hintergrundgalaxien beim Vorbeiflug an einer Vordergrundgalaxie, einem Schwarzen Loch oder Dunkler Materie z.B. vier Mal gestreut sehen. Warum werden die Photonen in solchen Fällen nicht auch durch die Gravitation auf parabolische oder ellipsenförmige Bahnen gezwungen?
Stellungnahme der Redaktion
Hyperbel-ähnliche und parabel-ähnliche Bahnen von Photonen um ein Schwarzes Loch gibt es durchaus. Die erwähnten vier Bilder einer fernen Hintergrundgalaxie entstehen genau auf diese Art (in diesem Fall: hyperbel-ähnliche Bahnen). Parabel-ähnliche Bahnen können Sie in den Expertenantworten in SuW 02/2018 und SuW 02/2018, jeweils S. 8 sehen. Ich schreibe hier immer "...-ähnliche" Bahnen, weil in starken Gravitationsfeldern das Newtonsche Gravitationsgesetz nicht mehr gilt, und deshalb auch keine wirklichen Keplerbahnen durchlaufen werden. Dies ist auch der Grund, weshalb es keine Ellipsenbahnen - und auch keine ellipsenähnliche Bahnen - von Photonen bei Schwarzen Löchern gibt. Will man ein Photon ganz um ein Schwarzes Loch herumlaufen lassen, dann muss man es wegen seiner hohen Geschwindigkeit ganz nahe an das Loch bringen, wo es keine stabilen Bahnen mehr gibt. Es fällt dann nach einer oder mehreren Runden auf jeden Fall entweder in das Loch hinein, oder es fliegt wieder ins Unendliche davon.
Bisheriger zeitlicher Verlauf der Hubble-Konstanten
13.06.2021, Harald MichaelisFür den bisherigen Verlauf der Hubble-Konstanten gibt es keine einzelnen Messwerte zu verschiedenen Zeiten. Das kann es auch nicht geben, denn sie kann stets nur in der Gegenwart (bzw. in der sehr nahen Vergangenheit) gemessen werden. Die genannten grafischen Darstellungen sind Weltmodelle, die aus der gegenwärtigen Messung und anderen Beobachtungsbefunden (z.B. der Mikrowellen-Hintergrundstrahlung, der kosmischen Helium-Häufigkeit, der Helligkeit von Supernovae als Funktion der Rotverschiebung usw.) mittels der Allgemeinen Relativitätstheorie abgeleitet werden. Dennoch ist der Verlauf wohl ganz gut bekannt. Die Unsicherheit, auf die sich Herr Michaelis in seinem letzten Satz beziehen, beträgt nur noch wenige Prozent. Das wuerde man in einer der typischen Grafiken gar nicht erkennen. Was diese Grafiken darstellen, das sind in der Tat mathematische Näherungsfunktionen, die aber wegen des unterschiedlichen Verhaltens der verschiedenen Komponenten des Universums (Licht, Neutrinos, Atome, Dunkle Materie, Dunkle Energie) ziemlich kompliziert sind.
Generell hat die Hubble-Konstante seit dem Ende der aus guten Gruenden vermuteten kosmischen Inflation, also seit einem Weltalter von weit unter einer Billionstel Sekunde, stets abgenommen. Und sie wird auch jedenfalls in den nächsten paar Milliarden Jahren weiter abnehmen. Danach kann sie - je nach den bisher unbekannten Eigenschaften der Dunklen Energie - eventuell konstant werden.
Ulrich Bastian
Dichteangabe im Artikel zu Trappist1 (SuW 6/21)
02.06.2021, Bernd Scharbert, DarmstadtSchaut man sich das Original der Grafik an (https://www.jpl.nasa.gov/images/comparison-of-trappist-1-to-the-solar-system), steht dort an der Ordinate die "uncompressed density". In der Tabelle ist die mittlere Dichte (Masse/Radius) angegeben. Auf diesen Unterschied wird jedoch nicht hingewiesen.
Vielen Dank für den Hinweis. Ein entsprechender Hinweis auf diese Diskrepanz von einem anderen Leser wird mitsamt einer Antwort der Autorin (mit gleicher Erklärung wie hier von Herr Scharbert) im Augustheft auf der Leserbriefseite erscheinen.
Wega und die Klassifikation der Sterne (HR-Diagramm)
05.05.2021, Konrad Marek, BuchloeHerr Marek sieht das vollkommen richtig. Aber dennoch wird das im allgemeinen nicht gemacht, denn es ist normalerweise ein riesiger Aufwand, die Rotationsachse eines Sterns d.h. ihre Lage relativ zur Sichtlinie festzustellen. Für viele Zwecke ist dieser Aufwand allerdings auch nicht nötig. Bei nicht extrem rotierenden Sternen - der großen Mehrheit! - liegen die Unterschiede im Bereich von max. 10 Prozent der Helligkeit und ein Prozent der Temperatur. Das geht i.a. in der Unsicherheit der Entfernung unter.
Dieser Aufwand (und oft die vollkommene Unmöglichkeit), die Achslage zu bestimmen ist auch der Grund dafür, dass in Sternkatalogen fast immer nicht die Rotationsgeschwindigkeit, sondern nur ihr Produkt mit dem Sinus des Neigungswinkels (v sin i) angegeben wird.
U.B.
Mit viel Freude gelesen - und eine kleine Kritik
23.04.2021, Jörn Behrens, Bad Oldesloeich habe besonders in der aktuellen Ausgabe (5/2021) viele Artikel mit besonders großer Freude gelesen. Es sind dies vornehmlich die Artikel "Von wo könnten Aliens die Erde aufspüren?", "Die wahren Farben der Sterne", "Staub in allen Ecken" und "Earth Attacks". Alle Artikel sind nicht nur wie üblich informativ, sondern auch launig und mit einem kleinen Augenzwinkern geschrieben, das mir persönlich sehr viel Spaß bereitet hat. Ein großes Lob an die Autor*innen.
Ich finde allerdings auch, dass die Rezension von Avi Loebs Buch "Ausserirdisch" (sic.) zu sehr ins Persönliche gegangen ist. Fachlich sicherlich begründet sollte ein(e) Rezensent(in) dennoch einen gewissen persönlichen Abstand wahren. (Ich empfehle in diesem Zusammenhang den Abschlussmonolog von Anton Ego im Disney-Film Ratatouille, in dem die Bedeutung einer Kritik ins rechte Licht gerückt wird.)
Apollo 15 und die Fallbeschleunigung auf dem Mond - eine Überlegung für den Astronomie- und Physikunterricht
16.04.2021, Silvio Henker, DresdenZeit ist keine Illusion
22.03.2021, Dr. Helmut Tributsch, Gleisdorf Österreich(“Time neutrality of natural laws challenged. Time is not an illusion but energy-driven ongoing information loss” Journal of Modern Physics, 12, 300-327. doi: 10.4236/jmp.2021.123023. https://www.scirp.org/journal/paperinformation.aspx?paperid=107438 )
Sie enthält zwei Beweise gegen die Zeitneutralität der Naturgesetze (auf die Carlo Rovelli und wichtige Physiktheorien aufbauen), findet, dass eine dynamische Energie die Zeit antreibt, und leitet damit erstmals die thermodynamischen Gesetze von fundamentalen Prinzipien her. Die Philosophen und rational denkenden Menschen, die immer mit einer fortlaufenden, historischen Zeit argumentierten, würden Recht behalten. Die Debatte über die Zeit ist also noch nicht zu Ende.
Astronomie an Schulen
18.03.2021, Bernd Huhn, NeumünsterDer verbindliche Teil des fachgebundenen Schulunterrichts bis zum Ende der Schulpflicht soll nach meinem Verständnis bewirken, dass junge Menschen Lebenssituationen aller Art bewältigen können. Dazu soll er ihnen geeignete Kenntnisse, Fähigkeiten und Werte vermitteln, damit sie verantwortungsvoll agieren und die Folgen ihres Handelns lokal und global, kurz- und langfristig einschätzen und steuern können. Ziel muss dabei sein, die Bedingungen für das Leben auf der Oberfläche des Planeten Erde insgesamt zu optimieren und drängende aktuelle Probleme der Menschen zu lösen. Seien wir doch ehrlich: Dazu kann die Astronomie, so faszinierend sie für uns auch sein mag, leider nur einen minimalen Beitrag leisten und den können Lehrkräfte in Schulfächern wie Geografie und Physik auch ohne astronomische Spezialausbildung leicht vermitteln.
Allerdings sollte die Astronomie oder besser die Astrophysik als Teil unserer Kultur durchaus den unverbindlichen Teil des Schulunterrichts bereichern. Wahlkurse der Sekundarstufe I bieten sich dafür an, auch wählbare Physikkurse der Sekundarstufe II. Besonders geeignet sind jedoch Organisationsformen außerhalb der Klassen- und Kursverbände, auch schulübergreifend, zum Beispiel Arbeitsgemeinschaften, Arbeitsgruppen in Projektwochen oder Kurse der Begabtenförderung. Sie alle bieten den riesigen Vorteil, dass sich die Gruppen auch abends und nachts treffen können. So sind astronomische Beobachtungen und sogar messendes und experimentelles Arbeiten möglich. Modelle, Ausstellungen und Wettbewerbsbeiträge können entstehen und in der Schulöffentlichkeit für die Astronomie werben.
Schülerinnen und Schüler bringen dabei ihre speziellen Interessen und Fähigkeiten ein, sie lernen jahrgangsübergreifend voneinander, es gibt keinen Druck durch die Vorschriften eines Lehrplans und Noten werden auch nicht erteilt. Das sind ideale Bedingungen für ein selbstbestimmtes, individualisiertes und erfolgreiches Lernen auf hohem Niveau und bereitet auch der betreuenden Lehrkraft viel Freude.
Mit solchen Angeboten von wenigen speziell interessierten und engagierten Lehrkräfte erreicht man natürlich immer nur wenige Schülerinnen und Schüler. Aber würden wir dagegen alle jugendlichen zwingen, sich mit astronomischen Sachverhalten zu befassen, die kaum nachvollziehbare Auswirkungen auf ihren Alltag haben, so würden wir vielleicht das Gegenteil dessen bewirken, was wir wollen. Und vergessen wir nicht: Astronomische Bildung für Jugendliche findet auch außerhalb der Schule statt, in Volkshochschulen, Volkssternwarten, Planetarien, durch gute Zeitschriften, Bücher, Vorträge und andere Medien oder durch Veranstaltungen wie den Tag der Astronomie.
Brauchen wir also wirklich ein spezielles Schulfach Astronomie mit speziell ausgebildeten Lehrern?
Astronomie an allgemeinbildenden Schulen
13.03.2021, Silvio Henker, Dresdenich freue mich, dass unsere veröffentlichten Leserbriefe einen wichtigen Beitrag zur Wahrnehmung der Schulastronomie in der Öffentlichkeit leisten können.
Seit Jahren engagieren Sie, lieber Herr Clausnitzer, sich beispielhaft für die astronomische Bildung. Das schätze ich sehr. Daher war es auch keinesfalls meine Absicht, Ihren offenen Brief an die Ministerpräsidenten zu zerreden. Ich stimme der Forderung nach einem zweistündigen Unterrichtsfach Astronomie in der Klassenstufe 9 oder 10 im Sinne der Allgemeinbildung bedingungslos zu.
Seit Jahrhunderten hilft uns die Astronomie dabei, unsere Welt zu verstehen, Erkenntnisse zu erweitern und unseren Platz im Universum immer wieder neu zu interpretieren. Dieser Erkenntnisgewinn erfordert immer mehr Aufwand und damit auch finanzielle Ressourcen. Einerseits werden diese inzwischen von privaten Raumfahrtunternehmen aufgebracht, andererseits natürlich auch Steuergelder eingesetzt. Immer mehr Nationen erforschen erfolgreich den Weltraum, Ziele wie Mars und Mond sind aktueller denn je. Die Allgemeinheit wird stets davon profitieren und kann zunehmend daran teilnehmen. An dieser Stelle möchte ich die Arbeit von Alexander Gerst würdigen. Er hat durch seine sympathische Art und den medialen Einsatz große Begeisterung in allen Altersgruppen für die Raumfahrt hervorgerufen und mir aktuelle Inhalte für so manche Physik- oder Geographiestunde geschenkt.
Auch die äußerst erfolgreiche und spektakuläre Landung des Rovers Perseverance auf dem Mars im Februar 2021 hat medial Eindruck hinterlassen – die Landung aus mehreren Kameraperspektiven auf dem roten Planeten ist wirklich sehenswert. Ganz nebenbei: Die verbesserte Landegenauigkeit ließ sich prima in Form eines experimentellen Wettbewerbes zum waagerechten Wurf in den Physikunterricht der 11. Klasse einbauen – natürlich stark vereinfacht.
Und genau hier liegen die Grenzen der astronomischen Möglichkeiten im sächsischen Lehrplan. Als Lehrer eines naturwissenschaftlichen Faches kann man die Astronomie einbauen, muss aber dann an anderen Stellen kürzen, von den 18 in der 10. Klasse vorgesehenen Physikstunden abgesehen. Das gelingt nur punktuell und oberflächlich. Des Weiteren sind die astronomischen Kenntnisse der meisten Lehrkräfte begrenzt, da sie keine fachdidaktische Ausbildung haben. Auf fakultatives Engagement angewiesen, kann so keine flächenhafte astronomische Grundbildung unserer Schülerinnen und Schüler sichergestellt werden. Trotzdem möchte ich alle Lehrerinnen und Lehrer erneut dazu ermutigen, astronomische Beispiele und aktuelle Ereignisse in ihren Unterricht einzubauen und im Rahmen von Projekten oder dem fächerverbindenden Unterricht zu nutzen.
Welche Möglichkeiten gibt es nun, diesem Dilemma zu entfliehen?
Die Zeit für eine Diskussion zur Wiedereinführung des Schulfaches Astronomie in den Bundesländern ist denke ich reif, der offene Brief daher richtig und wichtig. Zeitgleich sollte auch an die fachdidaktische Ausbildung der Physiklehrer gedacht werden. An der TU-Dresden ist eine Einführung in die Astronomie im 5. und 6. Semester enthalten. Damit wurde zumindest auf die integrierten Lehrplaninhalte in Physik reagiert. Wie tiefgehend diese Kurse sind, entzieht sich jedoch meiner Kenntnis. Sollte das Schulfach Astronomie wieder eingeführt werden, müssen dafür ja genügend Lehrkräfte verfügbar sein. Vielleicht können ja aber auch Schüler- und Elternvertretungen die Entwicklung unterstützen. Auch die Fachkonferenzen der Physiklehrer können tätig werden. In schulinternen Fortbildungen können astronomisch versierte Lehrkräfte ihren Kolleginnen und Kollegen notwendiges Fachwissen vermitteln. Ich selbst habe diese schon an unserer Schule durchgeführt und es haben nicht nur PhysiklehrerInnen daran teilgenommen.
Gibt es eigentlich schon Reaktionen auf den offenen Brief seitens der Bildungspolitik?
Ich freue mich auf weitere Diskussionsbeiträge!
Silvio Henker, Sportgymnasium Dresden
Anregung-Science-Fiction
07.03.2021, Reinhard BolterAls Abonnent von Sterne-und-Weltraum, ehemaliger Lehrer und Hobbyastronom möchte ich eine Anregung für eine Rubrik geben: Zukunftsromane-Science-und-Fiction mit astronomischem Bezug. Hintergrund:
1. Ein kluger Kopf hat mal bemerkt, dass unsere Welt einem Tanker gleicht, der mit Vollgas durchs Meer rauscht - und keiner steht auf der Brücke und denkt darüber nach, wohin die Reise gehen soll ...
2. Als ehemaliger Physik- und Mathematiklehrer habe ich ja meine Schüler*innen für die nächsten 30 Jahre ausgebildet - aber niemand konnte mir sagen, für welche Zukunft ...
3. Für solche Themen ist eigentlich die geistige "Elite" zuständig, die "Dichter und Denker", die Philosophen - und die oft gut informierten Autoren von Zukunftsromanen bzw. Zukunftsfilmen. Geprägt von guten Roman z.B. von Stanislaw Lem habe ich diese immer gerne gelesen und angesehen. Natürlich ist nicht allein die Astronomie für unsere Zukunft zuständig, aber gerade dieser High-Tech-Bereich beeinflusst unser Weltbild und unser Denken über die Zukunft fundamental!
4. Ich trenne dabei den wissenschaftsnahen astronomischen Zukunftsroman streng von klassischer "Science-Fiction", die meist nur Weltraum-Märchen oder Fantasy a la "Star Wars" darstellt, "Laserschwert statt Zauberstab" ...
5. Es gibt im deutschen Sprachraum nur die Zeitschrift "diezukunft", die sich dieser Literatur bzw. diesem Filmgenre widmet, und die die Leser berät, aber leider auch den ganzen Fantasy-Kram enthält ...
Daher möchte ich anregen, regelmäßige wissenschaftsnahe Zukunfts-Filme und -Bücher mit in Ihre Rubriken aufzunehmen: Als Beispiele "Der Marsianer", "die drei Sonnen", evtl. die sehr beliebte Buchreihe "The Expanse". Oder auch die wichtige Bedeutung von "Frau im Mond".
Dabei können z.B. die Inhalte mit dem heutigen Wissenschaftsstand abgeglichen werden, mögliche Zukunftspfade vorgestellt werden und - endlich - gute und schlechte Zukunftliteratur und -Filme verglichen und beurteilt werden.
Ich habe z.B. fast alle SciFi-Filme zu Asteroideneinschlägen auf der Erde gesehen - der einzige korrekte Film dazu ist ist "Deep Impact" (den ich regelmäßig im Unterricht vorgestellt und durchgerechnet habe - eine Schülerin hat mit Jahre später gestanden, dass dies die beeindruckendsten Schulstunden ihrer Schulzeit gewesen sei).
Im Zeitalter der Computersimulationen in der Astronomie liegen solche zu Spielfilmen erweiterten Simulationen nicht weit entfernt. Dazu könnten erweiterte Themen kommen wie z.B. die Rolle und Beziehung von Religion und astronomische Wissenschaft heute und in Zukunft und in der Zukunftsliteratur; oder die zunehmende Wichtigkeit von KI im Weltraum wie in "Odyssee" ...
Ich könnte mir vorstellen, dass eine solche Rubrik, als Erweiterung der bisherigen Buchrezensionen oft "trockener" Bücher, die Bedeutung und Akzeptanz von Astronomie stärkt und die Sichtweise verstärkt, wie wichtig diese Wissenschaft für unsere Zukunft ist.
Sehr geehrter Herr Bolter,
vielen Dank für Ihre Zuschrift und die Anregung zu einer neuen SuW-Rubrik.
Ich bin grundsätzlich ganz Ihrer Meinung. Wie Sie vielleicht wissen, bin ich dem Thema Sciencefiction sehr zugetan und habe einige Filme sowie Serien in meinem Buch "Die Wissenschaft schlägt zurück" (2019) und auch auf dem YouTube-Kanal "Urknall, Weltall und das Leben" besprochen. In der inzwischen eingestellten Zeitschrift "Abenteuer Astronomie" betreute ich die Kolumne "Fakt und Fiktion". Ich bin aus persönlicher Erfahrung überzeugt, dass gerade bei Schülerinnen und Schülern diese Form der Vermittlung naturwissenschaftlicher Konzepte ein sehr guter Zugang ist.
In der SuW-Rubrik "Neu erschienen" wurden auch schon "Grenzgänger" besprochen, nämlich Bücher, die in irgendeiner Form mit Sciencefiction zusammenhängen. Natürlich hatte ich auch schon darüber nachgedacht, die Sciencefiction in SuW mehr zum Zuge kommen zu lassen und ihr zum Beispiel in Form einer Kolumne wissenschaftlich auf den Grund zu gehen.
Das ist allerdings nicht so einfach, weil ich diesen Platz im Heft schaffen müsste, sprich eine andere Rubrik müsste weichen oder gekürzt werden. Gelegentlich haben wir die Möglichkeit solche Änderungen vorzunehmen – aktuell sehe ich diese jedoch nicht, bleibe aber offen dafür. Auch ein Einzelartikel zum Thema ist denkbar.
Mit freundlichen Grüßen
Andreas Müller
Doppelsterne mit für Amateure erkennbarer Bahnbewegung?
27.02.2021, Martin Born, Den Haag, NiederlandeGibt es Doppelsternsysteme, die man als Hobbyastronom beobachten kann, und bei denen man über einen gewissen Zeitraum auch die Bewegung eines oder beider Partner beobachten kann?
Solch ein Paar müsste entsprechend hell sein, eine Umlaufzeit von Monaten oder wenigen Jahren haben, der Abstand müsste groß genug sein, um beide Partner getrennt abbilden zu können, und die Bahnebene sollte im Idealfall geneigt sein, um eine Draufsicht zu ermöglichen. Zudem wäre es aus meiner Sicht ideal, wenn das System von der Nordhalbkugel sichtbar wäre.
Ich habe im Internet keine brauchbare Aufstellung dazu gefunden. Können sie mir weiterhelfen?
Ja es gibt einige wenige Doppelsterne, die man einem kleinen Teleskop noch trennen kann, und bei denen über die Jahre eine Bewegung erkennbar ist. Hierzu möchte ich auf den Artikel "Doppelsterne am Frühlingshimmel" in SuW 4/2018 verweisen. Dort werden die beiden Systeme gamma Virginis und xi Ursae Majoris vorgestellt, die jetzt im anbrechenden Frühling gut beobachtbar sind.
Für Interessierte, die keinen Zugriff auf das gedruckte Heft von 2018 haben, steht der Artikel unter
https://www.spektrum.de/pdf/058-063-suw-4-2018-pdf/1550155 zum kostenlosen Download zur Verfügung.
Klaus-Peter Schröder
Ergänzungen zu Silvio Henkers Leserbrief über die Astronomie an allgemeinbildenden Schulen
08.01.2021, Lutz Clausnitzer, ObercunnersdorfSie beschreiben sehr überzeugend, was ein Astronomieunterricht den Schülern zu geben vermag, wenn er von astronomisch versierten Lehrpersonen gestaltet wird. Bis 2007 war das sachsenweit gewährleistet, weil für den eigenständigen Astronomieunterricht nur knapp 600 solche Lehrkräfte nötig und auch vorhanden waren, pro Schule eine. Nun werden die meisten Schüler jedoch von den anderen 1400 Physiklehrern unterrichtet, die gar nicht erfreut sind, 18 Stunden Astronomie unterrichten zu müssen, zumal sie dadurch weniger Zeit für die Physik haben. Denn die obligatorische Astronomiestunde in Klasse 10 fiel 2007 weg, ohne dass die Zahl der Physikstunden erhöht wurde. Das erklärt, warum der in den Physikunterricht integrierte Astronomieteil in den meisten Klassen gekürzt, halbherzig unterrichtet oder weggelassen wird. Das ist allerdings nicht die Schuld der Physiklehrer, sondern die Folge einer Fehlentscheidung, die gegen vorliegende Gutachten, gegen das 7:2-Ergebnis einer Landtagsanhörung und gegen massive Proteste der Bevölkerung politisch durchgedrückt wurde.
Unstrittig ist, dass in vielen Fächern Verbindungen zur Astronomie hergestellt werden können und sollten. Aber bitte als Vorbereitung oder Ergänzung und NICHT ANSTATT eines professionellen Astronomieunterrichts.
Zu einem anderen Punkt Ihres Briefes: Die Vertreter eines bestimmten Faches dürfen und sollen die Wichtigkeit ihres Faches aufzeigen. Zu sagen, was dafür auf anderen Gebieten wegfallen soll, wäre hingegen wenig seriös. Die einzelnen Fächer von Zeit zu Zeit entsprechend den Zielen der allgemeinen Bildung und den Erfordernissen der Zukunft neu zu gewichten, obliegt den Kultusministerien beziehungsweise der Politik.
Für die Vermittlung astronomischer Inhalte wird auch dann Unterrichtszeit »verbraucht«, wenn sie vorwiegend im Physikunterricht erfolgt. Nur ist dieses Modell eben wenig effizient, weil es mit dem mehrfachen Bedarf an astronomiekundigen Lehrpersonen und einer im Durchschnitt viel geringeren Unterrichtsqualität einhergeht. Denn dann müssten quasi alle Physiklehrer zugleich auch astronomisch interessiert und bewandert sein, was in KEINEM Bundesland auch nur im Entferntesten gegeben ist und sich auch in Zukunft nicht erfüllen lässt. Dass das erst wenige Bundesländer erkannt haben, lässt es notwendig erscheinen, noch überzeugender zu argumentieren. In diesem Sinne ist der Brief an die Ministerpräsidenten konstruktiv und wichtig. Wir sollten ihn nicht zerreden.
Lutz Clausnitzer, Obercunnersdorf
Ist die Dunkle Materie doch normale Materie ?
07.01.2021, Hans-Jürgen Schreyer, KehlbachDa es bis heute nicht möglich ist Teilchen wie WIMPs zu entdecken bzw. nachzuweisen ( Siehe Sterne und Weltraum 1/2021, Seite 19 ), aber gleichzeitig allein in der Sonnenumgebung sich sehr viel leuchtschwache Braune Zwerge und kühle Rote Zwerge aufhalten ( Siehe Sterne und Weltraum 1/2021, den tollen Artikel über Gaia, Seite 31 ), stellt sich mir die Frage, ob die Dunkle Materie nicht mit ganz normaler Materie erklärt werden kann. Dazu kommt eine immer größere Anzahl Schwarzer Löcher ( Siehe Sterne und Weltraum 11/2020, Seite 21 ), die durch Gravitationswellendetektoren entdeckt werden. Dabei kann davon ausgegangen werden, dass es sehr viele Schwarze Löcher im Universum geben muss. Auch Neutrinos haben eine Masse, wenn auch nur extrem klein ( Siehe Sterne und Weltraum 1/2021, Seite 21 ). Und es gibt fast unendlich viele Neutrinos. Kann die fehlende Masse, also Dunkle Materie im Universum, nicht mit, für uns, unsichtbarer normaler Materie erklärt werden ?
Diese Frage ist seit der Entdeckung der ersten Anzeichen für die Dunkle Materie vor inzwischen über 80 Jahren von Profis wie Laien immer wieder aufgeworfen und von den Profis immer wieder intensiv diskutiert worden. Herr Schreyer hat diese Frage in kluger Weise für die aktuelle Situation neu formuliert. Die kurze Antwort besteht heutzutage aus drei Teilen:
1.) Die von Herrn Schreyer angeführten laufenden Entdeckungen von zusätzlichen Komponenten normaler Materie sind um viele Zehnerpotenzen (wirklich viele!) zu wenig, um die fehlende Gravitation in Galaxien und Galaxienhaufen zu erklären. Auch die noch gar nicht alte Entdeckung von Millionen Grad heißem Gas in und um Galaxienhaufen, die den Gesamtbestand an bekannter normaler Materie mehr als verdoppelt hat, ist für die Dunkle Materie nicht ausschlaggebend. Sie hat eher ein bekanntes Defizit an normaler Materie beseitigt als dass sie den vermuteten Bestand vergrößert hätte (siehe unten, 3.).
2.) Die Neutrinos sind als wesentlicher Bestandteil der Dunklen Materie vollkommen auszuschließen, egal wie viele es davon geben könnte, da sie die falschen Eigenschaften besitzen. Aufgrund ihrer geringen Masse sind sie grundsätzlich nahezu lichtschnell. Sie können sich deshalb nicht in Schwerkraftmulden versammeln, sondern fliegen stets einfach hindurch. Genau das aber, sich in Schwerkraftmulden zu sammeln und diese dadurch zu vertiefen, ist eine der wichtigsten "Funktionen" der Dunklen Materie: Ohne ganz viel Masse in Form von langsamen Teilchen (langsam im Vergleich zur Lichtgeschwindigkeit) ist es nicht möglich, in wenigen Milliarden Jahren nach dem Urknall die großen Galaxien und Galaxienhaufen, die wir heute im Universum beobachten, aus der homogenen "Ursuppe" zusammenzufegen, die wir mit der kosmischen Hintergrundstrahlung 400 000 Jahre nach dem Urknall sehen.
Wie durchschlagend dieses zweite Argument ist, kann in einem kurzen Text nicht verdeutlicht werden. Diese Behauptung wirklich verständlich zu begründen würde einen 10-seitigen Hauptartikel in SuW benötigen.
3.) Das heutzutage aber noch durchschlagendere Argument ist das dritte. Es ist der Grund, weshalb Herrn Schreyers Frage in der Fachwelt heute nicht mehr wirklich diskutiert wird, und wohl auch in Zukunft nicht mehr diskutiert werden wird. Wenn das Universum zu 25-30 Prozent der kritischen Dichte mit normaler Materie erfüllt wäre - das ist der Inhalt der Frage! - dann wäre die chemische Zusammensetzung der "Ursuppe" eine völlig andere als wir sie tatsächlich beobachten. Auch dieses Argument kann nicht in kurzer Form vollständig dargelegt werden. Die Häufigkeitsverhältnisse von Wasserstoff, Deuterium, Helium-3 und Helium-4 im Universum sind mit 25-30 Prozent normaler Materie einfach nicht zu kriegen, sondern verlangen definitiv etwa 4-5 Prozent der kritischen Dichte.
Ulrich Bastian
Graphik zur "Position der Planeten"
23.12.2020, Michael Grabner, Portland, Oregon, USALiebes SuW-Team, die regelmaessige Graphik in der Mitte des Heftes verwirrt mich ein wenig. Der Pfeil mit Widdersymbol zeigt die Richtung zum Fruehlingspunkt. In Heft 1/2021 schaut es dann aber so aus, als ob sich die Erde zum Herbstpunkt bewegen wuerde, der ja gegenueber des Fruehlingspunktes liegen wuerde. Aber ist es nicht gerade umgekehrt? Bitte um Erklaerung. Vielen Dank!
Das ist so vollkommen richtig. Wenn die Sonne von der Erde aus gesehen im Frühlingspunkt steht, dann steht die Erde von der Sonne aus gesehen wie immer genau in der entgegengesetzten Richtung, in diesem Fall also im Herbstpunkt.
U.B.
Die Astronomie an allgemeinbildenden Schulen ist nicht verschwunden, sie wird nur zu selten genutzt
21.12.2020, Silvio Henker, Sportgymnasium DresdenMit großem Interesse las ich in der Ausgabe 01/2021 das Interview mit Herrn Lutz Clausnitzer zum Thema Astronomie in der Schule. Dazu möchte ich Ihnen als treuer Leser von Sterne und Weltraum gern ein paar Zeilen zukommen lassen.
Als astronomiebegeisterter Physik- und Geographielehrer an einem Dresdner Gymnasium habe ich das Glück, alle noch im Sächsischen Lehrplan vorkommenden Astronomieinhalte unterrichten zu dürfen. In den Geographieunterricht integriert ist dabei der Aufbau des Sonnensystems, die Bewegung der Erde und die Entstehung der Gezeiten und Jahreszeiten. Im Physikunterricht der Klasse 6 lernen SchülerInnen die astronomischen Grundlagen von Mond- und Sonnenfinsternis kennen. Den größten Anteil machen etwa 18 Wochenstunden in der Klassenstufe 10 innerhalb des Physikunterrichts zur eigentlichen Astronomie aus. Das ist recht knapp, ich nehme mir dafür in meinen Klassen etwas mehr Zeit, muss aber an dafür an anderer Stelle kürzer treten.
Laut Lehrplan erreicht also jeder Lernende durchaus auch ohne ein eigenständiges Unterrichtsfach ein gutes astronomisches Grundwissen - sofern die FachlehrerInnen den astronomischen Inhalten genügend Raum in ihren Stoffverteilungsplänen geben.
Die Astronomie hat an meiner Schule, obwohl es sich um ein Sportgymnasium handelt, einen hohen Stellenwert. Wir veranstalten Beobachtungsabende mit teils über 100 interessierten SchülerInnen, Geschwistern und Eltern und beobachten live im Unterricht, etwa die letzte Sonnenfinsternis oder Venus- und Merkurdurchgänge. Alle SchülerInnen der 10 Klasse fertigen ein astronomisches Beobachtungsprotokoll an.
Das Interesse der Schüler zeigt sich auch an gewählten Themen der wissenschaftlichen Arbeiten. Jeder Schüler muss bis zum Abitur eine größere Arbeit zu einem selbstgewählten Schwerpunkt anfertigen. Astronomische Themen sind dabei sehr beliebt.
Ich denke, dass Astronomie als Unterrichtsfach eine Sicherungsfunktion erfüllt. Es würde die astronomische Wissensvermittlung SICHERSTELLEN. Momentan ist sie durchaus möglich, hängt aber noch zu stark von den Vorlieben der Fachlehrer ab.
Auch ich würde mir ein eigenständiges Fach Astronomie wünschen und wäre bestimmt der erste, der sich für das Zusatzstudium anmelden würde. Im offenen Brief zur Astronomie vermisse ich jedoch ein Angebot der Unterzeichner, wie das zusätzliche Stundenvolumen erzeugt werden soll. Erst im August 2019 wurde in Sachsen die Stundentafel aufgrund der vergleichsweise hohen Lernbelastung gekürzt, so dass einige Fächer mit weniger Stunden auskommen müssen. Wer sollte nun noch für die Astronomie Stunden abgeben? Eine Erhöhung des Stundenvolumens ist erst recht unwahrscheinlich.
Für realistischer halte ich es, die in den Fächern Geographie und Physik verteilten astronomischen Inhalte von der fakultativen auf die verpflichtende Seite des Lehrplans zu holen. Auch sollte es mehr Fortbildungsangebote für die Lehrkräfte geben. Gleichzeitig sollten die FachlehrerInnen ermutigt werden, z.B. durch die FachberaterInnen, öfter astronomische Inhalte in ihren Unterricht einzubauen. Gerade in Physik ist das bei vielen Themen möglich - Energieversorgung, Kräfte, elektromagnetische Wellen, Licht usw. Das Interesse der Schüler ist dafür auf jeden Fall da.
Eine weitere Möglichkeit bietet der fächerverbindende Unterricht. Zwei Wochen im Schuljahr können unabhängig vom Lehrplan für verschiedenste Themen genutzt werden. Würde hier in der Klassenstufe 9 oder 10 die Astronomie platziert und von Geographie- und PhysiklehrerInnen betreut werden, wären das fast so viele Stunden wie für ein eigenständiges Fach.
Der offene Brief an die Bildungspolitik ist sicherlich einen Versuch wert, die Aussicht auf Erfolg jedoch gering. Aber es gibt eben auch zahlreiche andere Möglichkeiten, die Begeisterung für das Universum bei unseren SchülerInnen zu wecken und zu fördern.
Photonen und schwarze Löcher
20.12.2020, Dr.Klaus Eisele, StuttgartKometen fliegen häufig parabolische oder ellipsenförmige Flugbahnen um die Sonne, da sie von der Masse der Sonne abgelenkt werden. Die Sterne in der Nähe von Sagittarius A* fliegen ebenfalls parabolische oder ellipsenförmige Flugbahnen um Sagittarius A*, da sie von der großen Masse des Schwarzen Loches abgelenkt werden.
Nun meine Frage: Photonen werden beim Vorbeiflug an einem schweren Körper ebenfalls von Ihrer Bahn abgelenkt, so dass wir das Licht von fernen Hintergrundgalaxien beim Vorbeiflug an einer Vordergrundgalaxie, einem Schwarzen Loch oder Dunkler Materie z.B. vier Mal gestreut sehen. Warum werden die Photonen in solchen Fällen nicht auch durch die Gravitation auf parabolische oder ellipsenförmige Bahnen gezwungen?
Hyperbel-ähnliche und parabel-ähnliche Bahnen von Photonen um ein Schwarzes Loch gibt es durchaus. Die erwähnten vier Bilder einer fernen Hintergrundgalaxie entstehen genau auf diese Art (in diesem Fall: hyperbel-ähnliche Bahnen). Parabel-ähnliche Bahnen können Sie in den Expertenantworten in SuW 02/2018 und SuW 02/2018, jeweils S. 8 sehen. Ich schreibe hier immer "...-ähnliche" Bahnen, weil in starken Gravitationsfeldern das Newtonsche Gravitationsgesetz nicht mehr gilt, und deshalb auch keine wirklichen Keplerbahnen durchlaufen werden. Dies ist auch der Grund, weshalb es keine Ellipsenbahnen - und auch keine ellipsenähnliche Bahnen - von Photonen bei Schwarzen Löchern gibt. Will man ein Photon ganz um ein Schwarzes Loch herumlaufen lassen, dann muss man es wegen seiner hohen Geschwindigkeit ganz nahe an das Loch bringen, wo es keine stabilen Bahnen mehr gibt. Es fällt dann nach einer oder mehreren Runden auf jeden Fall entweder in das Loch hinein, oder es fliegt wieder ins Unendliche davon.
Ulrich Bastian