Ma­te­ria­li­en zur Leh­rer­fort­bil­dung „Die Sonne im Un­ter­richt Na­tur­wis­sen­schaft und Tech­nik“

(für Leh­re­rin­nen und Leh­rer an all­ge­mein bil­den­den Schu­len, die in der Mit­tel­stu­fe un­ter­rich­ten, Lehr­gangs­num­mer: 817509, Aka­de­mie Do­nau­eschin­gen, 17.-19. Mai 2006)

Unser Ta­ges­ge­stirn bie­tet eine große Pa­let­te an Mög­lich­kei­ten, sich ihm prak­tisch for­schend zu nä­hern. Im Zen­trum der Fort­bil­dung stan­den Be­ob­ach­tun­gen und Mes­sun­gen, die mit ein­fa­chen Mit­teln nach­voll­zieh­bar sind und den „Ma­cher“ auf eine mo­ti­vie­ren­de Tour hin zum Wis­sen­schafts­ob­jekt Sonne neh­men. Neben dem sicht­ba­ren Spek­tral­be­reich wur­den ver­blüf­fend ein­fa­che Mög­lich­kei­ten auf­ge­zeigt, das „Ra­di­o­fens­ter“ ins Welt­all auf­zu­sto­ßen. Die Ak­ti­vi­täts­an­ge­bo­te bie­ten viel­fäl­ti­ge An­knüp­fungs­punk­te für Pro­jek­te im Rah­men des Un­ter­richts Na­tur­wis­sen­schaft und Tech­nik (NWT). Aus­ge­hend von die­sen wur­den ab­schlie­ßend ein „Brain­stor­ming“ zu Fä­cher ver­knüp­fen­den Pro­jek­ten für NWT durch­ge­führt.
Die abend­li­che Be­ob­ach­tung kon­zen­triert sich auf mar­kan­te Stern­bil­der, das Früh­lings­drei­eck Ob­jek­te des Früh­lings­stern­him­mels sowie die so ge­nann­ten Iri­di­um-Blit­ze.

Prä­sen­ta­ti­on zu "Die Sonne im Un­ter­richt Na­tur­wis­sen­schaft und Tech­nik"   [pdf] [3,7 MB]

Vor­trag: Er­fas­sung und Aus­wer­tung von Po­si­tio­nen und Bil­dern der Sonne
Die Tech­ni­ken der Son­nen­be­ob­ach­tung wer­den an­fangs kurz vor­ge­stellt. Der dann fol­gen­de erste Ab­schnitt der prak­ti­schen Ar­beit um­fasst die as­tro­me­tri­sche Ver­mes­sung der Sonne. Der Gno­mon wird dazu ein­ge­setzt, die De­kli­na­ti­on der Sonne zu be­stim­men. Diese ist not­wen­dig, um im Wei­te­ren den Win­kel­durch­mes­ser der Sonne auf Grund­la­ge einer zu be­stim­men­den Durch­gangs­zeit zu er­mit­teln. Aus dem Win­kel­durch­mes­ser kann dann der wahre Durch­mes­ser der Sonne be­rech­net wer­den, und die Son­nen­fle­cken be­kom­men be­ein­dru­cken­de Aus­ma­ße. Die bild­li­che Er­fas­sung der Son­nen­fle­cken kann auch Grund­la­ge dafür sein, die Ro­ta­ti­ons­dau­er der Sonne zu be­stim­men.

Work­shop: Be­stim­mung der Ro­ta­ti­ons­dau­er der Sonne
Die Ro­ta­ti­ons­dau­er der Sonne wird auf Grund­la­ge von Auf­nah­men der Sonne er­mit­telt, die an Son­nen­ob­ser­va­to­ri­en ge­won­nen wur­den (zwei Da­ten­sät­ze ste­hen zur Ver­fü­gung, Schlecht­wet­ter­va­ri­an­te). Die Aus­wer­tung kann auch auf Grund­la­ge von Zeich­nun­gen der Sonne, die am Pro­jek­ti­ons­schirm an drei auf­ein­an­der fol­gen­den Tagen ge­won­nen wur­den, er­fol­gen.
Bei Sicht­bar­keit der Sonne soll die Sonne na­tür­lich auch im Ori­gi­nal mit Hilfe der Pro­jek­ti­ons­me­tho­de am Fern­rohr be­ob­ach­tet wer­den. Das Son­nen­bild mit Fle­cken ist am Pro­jek­ti­ons­schirm zu über­neh­men, wobei ein Ko­or­di­na­ten­kreuz mit den Him­mels­rich­tun­gen nicht zu ver­ges­sen ist.

  Auf­ga­be: Be­stim­me die Ro­ta­ti­ons­dau­er der Sonne aus den Fle­cken­be­ob­ach­tun­gen. [doc] [851 KB]

Vor­trä­ge: Pho­to­me­tri­sche Un­ter­su­chun­gen der Sonne und das Spek­trum der Sonne
Bei ge­nau­er Be­trach­tung der Son­nen­schei­be fällt auf, dass diese nicht gleich­mä­ßig hell ist, wie es von einer leuch­ten­den Kugel mit fes­ter Ober­flä­che zu er­war­ten wäre. Da­ge­gen zeigt die Rand­ver­dunk­lung, dass die Sonne eine Gas­ku­gel ist. Die Rand­ver­dunk­lung kann mit re­la­tiv wenig Auf­wand auch quan­ti­ta­tiv un­ter­sucht wer­den.
Die Leucht­kraft ist eine grund­le­gen­de, den Zu­stand der Sonne be­schrei­ben­de Größe, die mit einer sehr ein­fach zu be­werk­stel­li­gen­den Re­la­tiv­mes­sung ab­ge­schätzt wer­den kann. Mit ein­fa­chen Mit­teln las­sen sich aber auch be­ein­dru­ckend ge­naue Er­geb­nis­se er­zie­len. So lässt sich der pro Qua­drat­me­ter Erd­ober­flä­che (At­mo­sphä­ren­ober­kan­te) wirk­sa­me An­teil der Son­nen­leucht­kraft, die So­lar­kon­stan­te, unter Ver­wen­dung ver­schie­de­ner be­kann­ter phy­si­ka­li­scher und ma­the­ma­ti­scher Zu­sam­men­hän­ge recht genau be­stim­men. Der Ver­such er­füllt den Grund­satz „der Weg ist das Ziel“.
Die Spek­tren ge­hö­ren zu den wich­tigs­ten In­for­ma­ti­ons­quel­len der As­tro­no­men. Hand­spek­tro­sko­pe er­mög­li­chen eine Frei­hand­be­ob­ach­tung der Spek­tren von hel­len Licht­quel­len. So kann das Son­nen­spek­trum (leicht ver­än­dert) im Tag­him­mels­licht be­ob­ach­tet wer­den, wobei auch schon ei­ni­ge Fraun­ho­fer­sche Li­ni­en aus­zu­ma­chen sind. Die Strah­lung der an das sicht­ba­re Licht an­gren­zen­den Spek­tral­be­rei­che (In­fra­rot und Ul­tra­vio­lett) wird nach­weis­bar, wenn man Ther­mo­me­ter und Blau­paus­pa­pier zum Ein­satz bringt. Die his­to­ri­schen Ver­su­che von Her­schel und Rit­ter wer­den zum Teil ab­ge­wan­delt nach­ge­ahmt.

Gro­ßer Work­shop:
As­tro­me­tri­sche, pho­to­me­tri­sche und spek­tro­sko­pi­sche Un­ter­su­chun­gen der Sonne
Eine ganze Pa­let­te von prak­ti­schen Auf­ga­ben steht zum Test be­reit. Am schnells­ten geht ver­mut­lich der prü­fen­de Blick zur Sonne durch einen ge­eig­ne­ten Fil­ter, um eine Aus­sa­ge zur Fle­cken­zahl zu tref­fen. Die gno­mo­ni­sche Be­stim­mung der Mit­tag­hö­he der Sonne fällt lei­der in die Mit­tags­pau­se (Kul­mi­na­ti­on etwa 13:30 Uhr MESZ). Die drei vor­han­de­nen Fern­roh­re wer­den zum Zeich­nen der Son­nen­schei­be, zur Be­stim­mung des Win­kel­durch­mes­sers der Sonne und zur Ver­mes­sung des Ver­laufs der Rand­ver­dunk­lung zum Ein­satz kom­men. Die Leucht­kraft der Sonne lässt sich aus dem Ver­gleich mit der Leucht­kraft einer ir­di­schen Strah­lungs­quel­le „hoch­rech­nen“. Für die Be­stim­mung der So­lar­kon­stan­te sind ei­ni­ge Mes­sun­gen er­for­der­lich, die bei Aus­blei­ben der Sonne auch vor­ge­ge­ben wer­den kön­nen, um den wei­te­ren Aus­wer­te­gang zu tes­ten. Bei sorg­fäl­ti­ger Be­trach­tung des Him­mels­lichts („um­ge­lenk­tes“ Son­nen­licht) durch ein Hand­spek­tro­skop kön­nen Fraun­ho­fer­li­ni­en be­ob­ach­tet wer­den – wo? Mit ein­fa­chen Mit­teln wer­den schließ­lich die his­to­ri­schen Ver­su­che zum Nach­weis der In­fra­rot- und Ul­tra­vio­lett­strah­lung nach­ge­ahmt (wo lie­gen die Pro­ble­me dabei?).

Vor­trag: Si­gna­le aus dem Kos­mos – Ra­dio­as­tro­no­mie für den Schul­un­ter­richt
(Dr. Mar­tin Neu­mann, Re­dak­ti­on „Ster­ne und Welt­raum“)
Selbst­bau­in­stru­men­te für die Ra­dio­as­tro­no­mie in der Schu­le
(Peter Wright, The Eu­ro­pean Radio As­tro­no­my Club)

Unser Ta­ges­ge­stirn hat nicht nur im Op­ti­schen auf­fäl­li­ge Ak­ti­vi­täts­er­schei­nun­gen zu bie­ten, son­dern ist gleich­zei­tig auch die stärks­te Ra­di­o­quel­le am Him­mel. Ein be­son­de­rer Reiz ra­dio­as­tro­no­mi­scher Be­ob­ach­tun­gen liegt darin, dass sie na­he­zu wet­ter­un­ab­hän­gig und zu jeder Ta­ges­zeit mög­lich sind. Ein­fa­che Be­ob­ach­tun­gen der so­la­ren Ra­dio­strah­lung ge­lin­gen be­reits mit preis­wer­ten han­dels­üb­li­chen Sa­tel­li­ten­an­ten­nen. In un­se­rem Vor­trag be­schrei­ben wir die Er­schei­nun­gen der ru­hi­gen und ak­ti­ven Sonne in un­ter­schied­li­chen Ra­dio­fre­quenz­be­rei­chen sowie ei­ni­ge Grund­la­gen der Emp­fangs­tech­nik. An­schlie­ßend stel­len wir die zur Be­ob­ach­tung be­nö­tig­ten Kom­po­nen­ten vor und zei­gen ihren prak­ti­schen Ein­satz.

Work­shop: NWT-Pro­jek­te rund um das Thema Sonne
Die Sonne ist der Him­mels­kör­per, bei dem die Ver­bin­dung zwi­schen As­tro­no­mie und All­tag wohl am stärks­ten zum Tra­gen kommt. Ent­spre­chend exis­tie­ren viele Fä­cher ver­knüp­fen­de An­sät­ze zum Thema Sonne, die zu Fä­cher ver­knüp­fen­den Pro­jek­ten zu­sam­men­ge­fasst wer­den kön­nen.
Am Com­pu­ter sol­len in Grup­pen Pro­jekt­ide­en ent­wor­fen wer­den, in denen die as­tro­no­mi­schen In­hal­te mit Sach­ver­hal­ten aus an­de­ren Fä­chern unter einem ge­eig­ne­ten Ober­the­ma ver­schmel­zen (1 A4-Seite).

Ver­knüp­fun­gen von der As­tro­no­mie zu ver­schie­de­nen (an­de­ren) Schul­fä­chern [doc] [76 KB]

Be­ob­ach­tungs­aben­de