Unterrichtsmaterial

Im WIS-Beitrag wird gezeigt, wie man ausgehend von der einfachen Äquatorialsonnenuhr Polstab-Sonnenuhren mit komplizierteren Zifferblattkonstruktionen entwickeln kann und so z. B. eine Vertikalsonnenuhr mit Wandabweichung für eine Außenwand des Schulhauses wie in Abb. 1 gezeigt, einfach berechnen und konstruieren kann. Dies soll modellhaft bildlich und in der Sprache der Mathematik geschehen. Die Matrizenrechnung könnte dabei für die dazu nötigen Koordinatentransformationen eine sehr anschauliche und eindrucksvolle Einführung und Anwendung finden. Sonnenuhren funktionieren als räumliche Gebilde im Zusammenspiel von Zifferblattebene und Schattenebene. Räumliches Vorstellungsvermögen ist gefragt.

Wer kennt das nicht: vor dem Schwimmen wurde das Badehandtuch in den Schatten unter den Sonnenschirm gelegt, und jetzt liegt das Tuch in der prallen Sonne und muss verschoben werden – und zwar nicht nur einmal, sondern immer wieder. Als könne man die Uhr danach stellen. Und tatsächlich kann man das! Der beständige Lauf der Sonne über den Taghimmel ist die Grundlage für die Konstruktion besonderer Uhren, der Sonnenuhren. Wie eine Sonnenuhr funktioniert und warum einfache Sonnenuhren nicht jeden Tag die genaue Uhrzeit anzeigen werden, ist der Inhalt dieses WIS-Beitrags. Mit Hilfe einer selbst hergestellten Sonnenuhr aus Papier und einer App zur Visualierung einer Sonnenuhr können die Schülerinnen und Schüler ein Großteil der Messungen eigenständig durchführen.

Im Inneren unseres Sonnensystems ziehen die Gesteinsplaneten Merkur, Venus, Erde und Mars ihre Bahnen, während Gasriesen in den äußeren Regionen zu finden sind. Sehen andere Planetensysteme vergleichbar aus? Nur ein Planet in unserem Sonnensystem hat die richtigen Bedingungen, um Leben zu begünstigen: die Erde. Gibt es erdähnliche Planeten, die andere Sterne umkreisen und auf denen es Leben geben könnte? Um diese und ähnliche Fragen zu beantworten, durchforsten Wissenschaftler*innen den Himmel nach Exoplaneten. Vor allem Weltraumteleskope wie der Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) haben in den letzten Jahren wesentlich zu der daraus resultierenden beachtlichen Datenmenge beigetragen. Das vorliegende Material bietet eine Einführung in die Vorgehensweise, die dabei zum Einsatz kommt.

So wichtig, wie der Baum des Lebens (ein Baumdiagramm) für die Erforschung der Evolution des Lebens ist, so bedeutsam ist das Hertzsprung-Russell-Diagramm (HRD) für die Erforschung des Aufbaus und der Entwicklung der Sterne. Entsprechend gilt es, das HRD dem Schüler auch als wichtiges Forschungswerkzeug nahezubringen. Im Fokus des folgenden WIS-Beitrags steht die App „Helle Sterne im HRD“ https://www.haus-der-astronomie.de/vis/astroapps, die es dem Schüler ermöglicht, das HRD aktiv kennenzulernen. Besonders ist dabei die gleichzeitige Visualisierung der Sterne am Himmel und als Zustandspunkt im Diagramm. Das WIS-Material gibt dem Nutzer Aufgaben an die Hand, um in die App tiefer einzusteigen.

Im Fokus des WIS-Beitrags steht die Fotometrie – die Lichtmessung mit dem Auge als Detektor. Dazu wird das erste zur Anwendung gekommene Fotometer, das Fettfleckfotometer nach Bunsen, eingeführt und in einer Selbstbauversion vorgestellt. Ergänzt durch ein helligkeitsminderndes Bauelement wird das Fettfleckfotometer zur Bestimmung der fotometrischen Größen der Sonne genutzt. Eine Einführung in die Grundgrößen der Fotometrie (deren Einheiten man auf Leuchtmittelverpackungen im Baumarkt lesen kann) ergänzt notwendigerweise den Beitrag. Die Besonderheiten der in der Astronomie verwendeten fotometrischen Größen kommen abschließend zur Sprache, wobei auch zu den astrofotometrischen Größen der Sonne hingeführt wird.