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Parallaxenmethode
© UniLab Adlershof
Nachdem lange Zeit gestritten wurde, ob Kometen überhaupt zum Sternhimmel gehören oder vielleicht doch nur atmosphärische Erscheinungen sind, konnte schon im Jahr 1577 durch Tycho Brahe gezeigt werden, dass ein damals weithin sichtbarer Komet sogar viel weiter entfernt sein musste als der Mond. Für Schüler kann die Frage durchaus spannend sein wie man auf die heute scheinbar selbstverständlichen Entfernungsangaben kommt, wie z. B. für den in SuW 5/2022 (Brennpunkt 2172) erwähnten Riesenkometen C/2014 UN271. In diesem WIS-Beitrag sollen zwei Möglichkeiten präsentiert werden, für Schüler*innen ohne astronomische Vorkenntnisse die Entfernungsbestimmung von Objekten des Weltalls modellhaft an terrestrischen Objekten durchzuführen. Die beschriebenen Versuche werden im Schülerlabor UniLab der Didaktik der Physik der Humboldt-Universität zu Berlin als Tagesveranstaltung für Schülerinnen und Schüler ab Klasse 10 durchgeführt.
Fachgebiet(e): Astronomie
Bezug zu: Mathematik
Thema: Optik, Positionsastronomie, Unterrichtsmittel, Kompetenzen, Lehr- und Sozialformen, Geschichte der Astronomie
Stichwort: Geometrische und photometrische Entfernungsbestimmung, Parallaxenmethode, Standardkerze, Friedrich Wilhelm Bessel, erste Entfernungsbestimmung für einen Stern, Abstandsquadrat-Gesetz, elektrische Leistung, Strahlungsintensität, photometrische Messungen an Glühlampen, Thermosäule,Trigonometrie, Tangens, Winkelbeziehungen, Stufenwinkel, Winkelsumme im Dreieck, Kugeloberfläche,, Ausgewählte Grundlagen astronomischer Entfernungsbestimmung Modellexperimente, Schüler praktizieren Parallaxenmessung bei einem terrestrischen Objekt, Gruppenarbeit (ca. 4,5 h), Arbeitsblätter, Film
Einsteinring
© ESA/Hubble und NASA
Die Schwerkraft spielt eine wichtige Rolle in der Astronomie und im Alltag. Das Newtonsche Gravitationsgesetz und die Keplerschen Gesetze, die den Einfluss der Schwerkraft auf Massen beschreiben, gehören somit zum Kernstoff des Physikunterrichts. Aber wie verhält sich eigentlich Licht in einem Gravitationsfeld? Die Antwort auf diese Frage ist facettenreich und bietet viele erstaunliche Einblicke ins Universum. In diesem WIS-Beitrag tauchen wir in eines dieser Aspekte ein: Gravitationslinsen. Durch den Gravitationslinseneffekt können mehrere verzerrte Bilder desselben Objekts am Himmel zu sehen sein. Am Firmament ist nicht alles wie auf den ersten Blick scheint!
Fachgebiet(e): Astronomie
Bezug zu: Mathematik
Thema: Galaxien, Kosmos, Unterrichtsmittel, Kompetenzen, Lehr- und Sozialformen
Stichwort: Gravitationslinsen, Eddington-Experiment, Dunkle Materie, Milchstraße, Galaxienhaufen, Einstein-Ring, Einstein-Kreuz, Mikrolinseneffekt, Gravitation, allgemeine Relativitätstheorie, Licht im Gravitationsfeld, Größen und Einheiten, Winkel- und Bogenmaß, Rechenaufgaben, Ergebnisse beurteilen, Diagramme erstellen und verstehen, Recherchen durchführen, Projektarbeit, Einzelarbeit, Partner- und Gruppenarbeit, Plenum, Diskussionsaufgaben, Übungsaufgaben zum Thema ‚Gravitationslinsen‘
Komet Hale-Bopp, 11. 3. 1997.
© Geoff Chester, https://de.wikipedia.org/wiki/Komet#/media/ Datei:Halebopp031197.jpg, gemeinfrei.
Kometen begegnen uns immer wieder als "Schweifsterne" in Kinderbüchern, Deko-Elementen und anderen Visualisierungen im Alltag, ohne, dass dieses Phänomen, das bei zeitweiliger Sichtbarkeit auch immer einmal wieder in der Presse Thema ist, durchdrungen wird. Ausgehend von Alltagsvorstellungen und -funden von Schüler*innen werden Bausteine entwickelt, wie das Phänomen vielperspektivisch-interdisziplinär und kompetenzorientiert erschlossen werden kann. Als Methoden kommen u. a. Bildanalyse, Visualisierung, Modellierung und Versuch zur Anwendung.
Fachgebiet(e): Astronomie
Bezug zu: Gesellschaftskunde, Mathematik, Sprache
Thema: Unterrichtsmittel, Kompetenzen, Lernpsychologie
Stichwort: Lernen durch Gestalten, Gestalten einer Infografik, Conceptmap, Auswerten von historischen Quellen, Recherchieren und Übermitteln von Informationen, Interviews zur Informationsgewinnung, Conceptual Alignment Präkonzepte, Darstellen, Modell-Objekt-Relation, Conceptmap an Pinwand, Zusatzmaterialien, Video, Animation, Lernen mit Modellen, Lernen durch Gestalten, Kometen, Kometenschweif, Infografiken, Größenverhältnisse (anschaulich), Historische Betrachtung von Kometen, Durchführen von Versuchen, Versuch zur Schweifbildung, Lernen mit Modellen, Modell zum Größenvergleich
Docking-Manöver
© NASA
Am 24. November 2021 startete der russische Kopplungsadapter ‚Prichal‘ (zu Deutsch: Anlegestelle) in Richtung Internationale Raumstation (ISS) und dockte nach etwa 50 Stunden am Nauka­Modul an. Wenn man bedenkt, dass die Sojus-Rakete nach dem Start das Modul innerhalb von nur 10 Minuten auf die gleiche Geschwindigkeit wie die ISS beschleunigen und auch in eine entsprechende Höhe bringen kann, muss man sich fragen, warum zwischen Start und Andocken so viel Zeit vergeht. Auch der jüngst für ein halbes Jahr zur ISS aufgebrochene deutsche Astronaut Matthias Maurer benötigte für seine Reise zur ISS mehr als 22 Stunden. In dieser Zeitspanne hätte man die 400 km zur ISS auch bequem mit dem Fahrrad zurücklegen können. Ganz offensichtlich hält das Manövrieren im Orbit die eine oder andere Schwierigkeit bereit. Der vorliegende WIS-Artikel legt eine Stationenarbeit für die Sekundarstufe II vor, innerhalb der sich die SuS Wissen zu Problemen und Verfahrensweisen bei Rendezvous- bzw. Docking-Manövern im Orbit weitestgehend selbstständig erarbeiten.
Fachgebiet(e): Astronomie
Bezug zu: Informatik, Sprache
Thema: Mechanik, Raumfahrt, Kompetenzen, Lehr- und Sozialformen
Stichwort: Himmelsmechanik, Bewegungen im Gravitationsfeld Orbitalmechanik, Internationale Raumstation, Hohmann-Transfer, Phasen von Rendezvous- und Docking-Manövern im All, Simulation, Excel englischsprachige Quellen,Wiederholung von Begriffen bei Umlaufellipsen, Herleitung von Formeln Stationenarbeit, Projekttag, Arbeitsblätter, Hausaufgabe, Unterrichtsphasen, Simulationssoftware, Excel-Sheet, Erklärvideo, Video vom Start des russischen Kopplungsadapters Prichal
Größenvergleich des Asteroiden Kleopatra mit Norditalien
© ESO/M. Kornmesser/Marchis et al. 2021
Eine Hauptaufgabe der weltgrößten Teleskope ist die Erforschung weit entfernter Objekte im Weltall. Diese Teleskope sind allerdings auch in der Lage, Kleinkörper in unserer direkten kosmischen Nachbarschaft zu beobachten und so etwas über die Entstehung unseres Sonnensystems herauszufinden. Seit dieser Zeit hat sich die Zusammensetzung der Asteroiden kaum geändert. Im Gegensatz zu Gesteinen auf der Erde, die im Laufe der Zeit mehrfach aufgeschmolzen, erstarrt und umgebildet wurden, findet man in den Asteroiden die Urmaterie, aus der sich unser Sonnensystem gebildet hat. Eine genauere Untersuchung von Asteroiden ist allerdings sehr aufwendig, wenn sie vor Ort im Asteroidengürtel von Raumsonden unternommen werden soll bzw. nur auf kleinere Objekte beschränkt, die als Meteoriten auf der Erde gelandet sind. Eine weitere Alternative stellen Beobachtungen von Asteroiden dar, mit deren Hilfe die Form, Masse, Dichte und Reflexionsvermögen und damit über die Zusammensetzung dieser Objekte bestimmt werden kann. In diesem WIS-Beitrag wird gezeigt, wie man mit Wissen aus der Mittel- und Oberstufe Näheres über die Form, den Aufbau und die Zusammensetzung des Asteroiden 216 Kleopatra herausfinden kann. Es werden dabei die Bereiche Astronomie, Mathematik, Natur und Technik sowie Kunst und Werken angesprochen.
Fachgebiet(e): Astronomie
Bezug zu: Kunst, Mathematik
Thema: Kleinkörper, Mechanik, Optik, Unterrichtsmittel, Kompetenzen
Stichwort: Schattenwurf, Gravitation, Flugbahn, Geschwindigkeit, Streckenbestimmung, Dichte, Maßstab, Größenvergleiche, Volumen komplexer Körper Modellieren, 3D-Modelle, Auswerten von Tabellen, Abschätzung von Größenordnungen, Modelle zur Veranschaulichung von Formen und Volumina, Arbeitsblätter
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