© Markus Pössel
Dieser WIS-Beitrag zeigt, wie man mit Hilfe einfacher, aber flexibler Software (Raytracing-Programm plus Auswerteskript) Lichtkurven simuliert, wie sie sich bei Exoplanetentransits ergeben und genutzt werden, um die Existenz und auch einige wichtige Eigenschaften der betreffenden Planeten nachzuweisen.
Die hier beschriebenen Aktivitäten eignen sich für die Projektarbeit, als Ausgangspunkt für Facharbeiten, Teile davon auch für den regulären Unterricht in der Oberstufe. Wissen die Schüler, wie man einfache Programme variiert und anpasst, dann lassen sie sich bereits in der Mittelstufe durchführen.
Fachgebiet(e): Astronomie
Bezug zu: Informatik, Mathematik, Physik
Thema: Optik, Planeten, Sterne
Stichwort: Astronomische Arbeitsmethoden, Aufwandsabschätzungen für Simulationsrechnungen, Auswertung von digitalen Bildern, Bedeckungen, Durchmusterungen, einfache skript-basierte Programme, Erörtern des Gültigkeitsbereichs von Modellen und Gesetzen, Exoplaneten, Geometrie, Helligkeitsmessungen, Himmelsmechanik, Licht, Nutzen von Modellbildungssystemen zur Überprüfung oder zur graphischen Veranschaulichung physikalischer Abhängigkeiten, Nutzung von Simulationen, Planetenbahnen, Schatten, Spektroskopie, Weltraumteleskope
© Olaf Hofschulz
Ein Unterrichtsprojekt für die Sekundarstufe I
Wie findet man Exoplaneten? Im vorliegenden Material wird beschrieben, wie im Rahmen eines Unterrichtsprojektes ein Modell zur Simulation von Exoplanetentransits gebaut werden kann. Das fertige Modell stellt dann ein wertvolles Material für den weiteren Einsatz im Unterricht dar.
Fachgebiet(e): Astronomie
Bezug zu: Mathematik, Physik
Thema: Optik, Planeten, Sterne, Astropraxis, Sonne
Stichwort: Abschätzung von Größenordnungen, Arbeiten mit Analogien und Simulationen, Astronomische Arbeitsmethoden, astronomische Forschungsmethoden, Auswertung von wissenschaftlichen Daten, Einfluss der Perspektive, Elektrizitätslehre, Exoplaneten(systeme), Gravitation, Größenordnungen, Größenverhältnisse angeben, Helligkeit, Himmelsmechanik, Intensität des Lichtes, Keplersche Gesetze, Licht / Schatten, Photowiderstände / Photodioden Messung von Helligkeiten, Planetenbahnen, Projektarbeit Entwicklung handwerklicher Fertigkeiten beim Modellbau, Prozentrechnung, Satellitenmissionen, Strahlensätze
© ESA/C. Carreau
Vergleicht man Weltkarten des Mittelalters mit denen von heute, so stellt man gewaltige Unterschiede fest. Die Genauigkeit der Karten wuchs sprungartig mit den neuen Möglichkeiten der Positionsbestimmung. Man denke dabei u. a. an den Genauigkeitssprung, der durch die Längengradbestimmung mit Hilfe einer auf längere Zeit präzise gehenden Uhr möglich wurde.
Ähnlich verhält es sich mit der Kartierung des Milchstraßensystems.
Derzeit stehen wir auf der Schwelle zur Revolutionierung unserer Karte vom Milchstraßensystem. Weltraumobservatorien wie Gaia machen dies möglich.
Ziel des WIS-Beitrags ist es, die Gaia-Mission mit Schulinhalten zu verbinden und jeweils mit einer Vielzahl von Aktivitäten für Schüler nachvollziehbar zu gestalten.
Fachgebiet(e): Astronomie
Bezug zu: Mathematik, NwT, Physik
Thema: Mechanik, Optik, Positionsastronomie, Quantenphysik, Raumfahrt, Sterne, Astropraxis, Geschichte der Astronomie, Sonne
Stichwort: Abschätzung von Größenordnungen, Analogiebetrachtung, Arbeit mit Software zur Simulation des Himmelsanblicks und des von der CCD-Kamera abgebildeten Feldes, Astrometrie, astronomische CCD-Kamera, astronomische Forschungsmethoden, astronomische Koordinaten, Auswertung von Bildmaterial, Bastelbogen, Bauanleitung, CCD-Kamera, Digitalkamera, Farbaddition, Flächenberechnungen, geradlinig gleichförmige Bewegung, Gravitationsfeld, Gravitationskraft, invers quadratische Funktionen, jährliche Parallaxe, Koordinaten, Kräfteaddition, Lagrangepunkte, Lichtweg im Teleskop, lineare Funktionen, Lückentext, maßstäbliches Umrechnen, Milchstraßensystem (Aufbau, Bausteine), Potenzial von Satellitenmissionen für den Erkenntnisgewinn, Quelle für Schülerreferate, Schnittpunkte von Funktionen, Sortieraufgabe, Standardkerze, Sternbilder, Sterne (Entfernungen, Farben, Spektraltypen), Sternentwicklung, Sternhaufen, Strahlengänge am Spiegel, Trigonometrie, trigonometrische Entfernungsbestimmung, Weltraumteleskope und deren Positionen, Zentralkraft, Zusammenhang zwischen Kreisbogenlänge und Winkel, Zusammenhang zwischen technologischer Entwicklung, Denkrichtungen und wissenschaftlicher Erkenntnis

© ALMA(ESO/NAOJ/NRAO)
Teil 2: ALMA - ein Interferometer
Im folgenden WIS-Beitrag soll klar werden, warum ALMA als Interferometer so wichtig ist und wie es als solches funktioniert. Den Ausgangspunkt bilden Betrachtungen zum Auflösungsvermögen eines Teleskops und zu dessen natürlicher Begrenztheit infolge der Beugung. Danach folgen grundlegende Betrachtungen zur Interferenz. Schließlich wollen wir das ALMA-Interferometer näher kennenlernen, indem wir eine erste Vorstellung davon gewinnen, wie Bilder sich aus Interferenzmustern zusammen-setzen.
In bewährter Art und Weise sind die genannten Inhalte mit einer Vielzahl von Aktivitäten für Schüler verbunden.
Fachgebiet(e): Astronomie
Bezug zu: Informatik, Mathematik, Physik
Thema: Optik, Schwingungen/Wellen, Astropraxis
Stichwort: (Winkel-)Auflösungsvermögen, Addition von Sinuswellen (Fouriersynthese), Analogien zu mechanischen Wellen und zur Kohärenz, Anwendung von Formeln, Apertursynthese, Arbeitsblatt, Auflösung allgemein, Basislängen, Bauanleitung, Begriffsbildung, Beugung an Kreisblende (Lochblende), Binominalkoeffizient, EXCEL (Simulation von Wellenpaketen), Fakultät, Folienvorlage (Wellenmuster), Freihand-Analogieexperiment zur Entstehung begrenzter Wellenzüge (Wellenpakete), Freihandexperiment, Freihandexperimente zur Beugung an einer Kreisblende und zur Interferenz nach Doppelkreisblende, GIMP (Simulation von Beugungsunschärfe), Integralrechnung, Interferenz, Interferenz nach Doppellochblende, Interferenzexperiment mit Schulfernrohr, Interferometrie, kohärente und inkohärente Überlagerung, Kohärenz, (zeitlich und räumlich), Modellexperiment, Projektarbeit, Satz des Pythagoras, Teleskope, Trigonometrie, Wellen, Winkelauflösung
© NASA
Auf den folgenden Seiten werden einige Unterrichtsideen vorgestellt, die sich thematisch sowohl mit den Ursachen des Io-Vulkanismus als auch mit den vulkanischen Ausbruchsformen beschäftigen.
Fachgebiet(e): Astronomie
Bezug zu: Geowissenschaften, Physik
Thema: Kleinkörper, Planeten, Thermodynamik
Stichwort: Erheben von Daten zur Überprüfung von Hypothesen, Erklären physikalischer Phänomene komplexer Art aus Natur und Technik, Experiment, Gezeitenkräfte, Jupiter, Jupitermonde, Konvektion, latente Wärme, sachgerechtes Nutzen einfacher Software, Selbstständiger Aufbau und Durchführung eines Experiments, Vulkanismus