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