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Materialien zur Lehrerfortbildung „Botschaften im Sternlicht“

(„Sternhelligkeiten und ihre Bestimmung“)

Akademie Bad Wildbad, Dr. Olaf Fischer, 1./2. Oktober 2008, Lehrgangsnummer 824587

Der Lehrgang offeriert Ideen und Materialien für ein Projekt, das im Rahmen einer Arbeitsgemeinschaft, eines Wahlkurses Astrophysik oder des Unterrichts NwT von Bedeutung sein kann.

Gruppenbild

Die Ordnung der Helligkeiten war einer der ersten Schritte, die Sterne systematisch zu betrachten. Die von Hipparch (ca. 190-125 v. Chr.) dem Augenschein nach festgelegte Helligkeitsskala mit der Einheit Größenklasse findet noch heute Anwendung in der Astronomie, auch wenn die Helligkeitsangaben heute auf Messungen beruhen.
Sowohl die Ortsveränderung als auch die Entwicklung der Sterne führen dazu, dass sich die Sternhelligkeiten periodisch oder sporadisch ändern. Auch die Bewegung von Exoplaneten kann einen kurzfristigen Helligkeitsabfall des Muttersterns zur Folge haben, wenn der Planet von der Erde aus gesehen einen Teil der Sternscheibe bedeckt. Der zeitliche Helligkeitsverlauf eines Sterns (Lichtkurve genannt) enthält so Botschaften über Himmelskörper in seinem Umfeld oder über ihn selbst.
Das wesentliche Ziel der Fortbildung besteht darin, eine Methode zur Aufzeichnung von Lichtkurven zu vermitteln, die einerseits für die Forschung geeignet ist, andererseits aber ohne großen Geräteaufwand gerade auch für Schüler machbar ist – die Argelandersche Stufenschätzmethode. Den Fortbildungsteilnehmern werden entsprechende didaktische Materialien nahe gebracht, die im Rahmen des Projektes Wissenschaft in die Schulen! (WiS!) entwickelt wurden und im Internet unter www.wissenschaft-schulen.de zu finden sind.
Nebenbei bemerkt bietet der Umgang mit den Größenklassenangaben der Astronomie interessante Verknüpfungen zur Mathematik (arithmetische und geometrische Reihen, Logarithmus) und zur Biologie (Sinnesorgane).

Komplettübersicht zur Fortbildung Helligkeit [pdf] [2,1 MB]

 

Workshop / Gruppenpuzzle: Mit den Sinnesorganen messen
Mit den Sinnesorganen messen Teil 1 Mit den Sinnesorganen messen Teil 2 Einfache Versuche zur Sinneswahrnehmung ermöglichen interdisziplinäres Arbeiten und interessante Selbsterfahrungen der Schüler. Außerdem kann logarithmisches Verhalten konkret erlebt werden.
In vier Gruppen werden Versuche zur Sinnesempfindung (Tasten, Schmecken, Hören, Sehen) gemacht. Mit den Sinnesorganen messen Teil 3 Die Beziehung zwischen Reiz und Wahrnehmung gilt es jeweils herzustellen.

Arbeitsblätter-Sinne: Kraftsinn/Tastsinn - Geschmackssinn - Hörsinn - Sehsinn [pdf] [263 KB]

 

 

Vortrag: Die astronomische Helligkeitsskala
Die Größenklassenskala der Astronomie beruht auf der speziellen Art und Weise der Verarbeitung von physikalischen Reizen in den Sinnesorganen. Diese funktionieren so, dass eine automatische Anpassung ihrer Empfindlichkeit an den jeweiligen Messbereich stattfindet. Nach einigen allgemeinen und umrahmenden Bemerkungen zur astronomischen Helligkeitsskala wird im Vortrag aufgezeigt, wie die Augeneindrücke an die Formel Messungen angeschlossen werden, d. h. wie der bekannte Zusammenhang zwischen Helligkeiten m und Strahlungsströmen S zustande kommt.

Informationstext: Helligkeit-Strahlungsstrom [doc] [20 KB]

 

Vortrag mit Übung: Die Argelandersche Stufenschätzmethode
Die Argelandersche Stufenschätzmethode ermöglicht die schnelle Ermittlung der Helligkeit eines Sterns allein mit Hilfe der Augen. Sie beruht auf dem visuellen Helligkeitsvergleich eines Sterns unbekannter Helligkeit (z. B. ein Veränderlicher Stern) mit mindestens zwei Sternen bekannter und konstanter Helligkeit. Die Argelandersche Stufenschätzmethode wird eingeführt und dann gleich anhand weiterer projizierter Sternfeldbilder in gleicher Front geübt. Zuhörer Das Ziel besteht in der beispielhaften Erstellung der Lichtkurve des Veränderlichen R Cas aus 23 Stufenschätzungen (Zeitraum: ca. 15 Monate). Es soll noch keine Interpretation des Ergebnisses vorgenommen werden. Die verwendeten Daten werden im folgenden Workshop durch weitere Daten ergänzt werden.

 

Einstieg: Argelander-Einstieg-Teil 1 [pdf] [10,2 MB]
Einstieg: Argelander-Einstieg-Teil 2 [pdf] [4,1 MB]
Methode: Die Argelandersche Stufenschätzmethode [pdf] [78 KB]
Beispiel: Die Argelandersche Stufenschätzmethode [pdf] [347 KB]
Übung: Ergebnistabelle für die Stufenschätzung nach Argelander [pdf] [20 KB]

 

Himmelsbeobachtungen mit dem Fernglas: u. a. Veränderliche am Sternenhimmel
Algol Am 1. Oktober 2008 wird es nach 20.00 Uhr in Bad Wildbad mondlos sein und damit bestens geeignet, um Sterne aufzufinden und ihre Helligkeit einzuschätzen. Jupiter sticht als helles Objekt (m=-2,4) im Süden (im Sternbild des Schützen) sofort ins Auge. Mit dem Fernglas kann man Uranus (m=5,7) im Wassermann (Höhe ca. 15°) beobachten. Sein Scheibchen ist mit 4" nur ein Zehntel so groß, wie das des Jupiter. Andere Fernglasobjekte sind z. B. die Andromedagalaxie, der Kugelsternhaufen M13 im Herkules, die offenen Sternhaufen h und chi Persei, der Doppelstern Albireo im Schwan oder der Stern 51 Peg (der vom ersten entdeckten Exoplaneten, 51 Peg b, umlaufen wird). Mit den Herbststernbildern sehen wir den markantesten Veränderlichen für das bloße Auge – den Teufelsstern im Perseus (Algol). Zu später Stunde steigt dann der Walfisch über den Horizont und der pulsationsveränderliche Stern Mira könnte sichtbar werden, wenn er nahe seinem Helligkeitsmaximum ist. In den Sternbildern Cepheus und Leier finden wir mit bloßem Auge jeweils den Namenspatron für eine Veränderlichenfamilie Bezeichnung . (Bild teilweise mit Sky 6 erstellt.)

Arbeitsblatt: Beobachtung [pdf] [435 KB]

 

Vortrag: Veränderliche Sterne - Auswertung der Lichtkurven
Lichtkurve Es wird ein kurzer Überblick über die Erforschung veränderlicher Sterne gegeben. Im Zentrum des Vortrags steht die Vorstellung der wesentlichen Typen von Veränderlichen (Ursache der Veränderlichkeit, charakteristische Lichtkurve).

 

 

Workshop: Argelandersche Stufenschätzung (Arbeit in Zweiergruppen)
Gruppenarbeit Die zuvor erlernte Methode soll nun geübt werden. Dazu wird die Datenbasis des bereits kennen gelernten Veränderlichen Sterns R Cas auf einen Beobachtungszeitraum von mehr als fünf Jahre erweitert (nun insgesamt 83 Schätzungen). Ziel ist die Durchführung aller möglichen Schätzungen und die Korrektur der Daten. Die Fertigstellung der Auswertung und die Erstellung der Lichtkurve von R Cas können im folgenden Workshop erfolgen.

Schätzfelder [zip] [5,7 MB]
Tabelle: Verwendete Fotoplatten des Sternfeldes [pdf] [46 KB]
Informationsblatt: Vergleichssterne zur Helligkeitsbestimmung von R Cas [pdf] [45 KB]
Tabelle: R Cas – Ergebnisse der Stufenschätzung nach Argelander [pdf] [118 KB]

 

Workshop: Fertigstellung/Auswertung der Lichtkurve
Workshop Nachdem die Auswertung der Schätzdaten von R Cas abgeschlossen ist, kann die Lichtkurve erstellt werden. Anschließend erfolgt Interpretation der Lichtkurve (Kurvenverlauf, Periode, Amplitude, Amplitudenfolge), wobei auch Bezüge zum Veränderlichentyp hergestellt werden sollen. Zum Abschluss empfiehlt sich ein Lichtkurvenvergleich zwischen der selbst generierten Kurve und den Daten, die von Amateurbeobachtern gewonnen wurden (siehe: AAVSO Light Curve Generator: R Cas 10 .11. 1961 - 13.04.1967),
https://www.aavso.org/.

Informationsblatt: Lichtkurvenvergleich R Cas [pdf] [38 KB]

 

Vortrag: Das Unterrichtsprojekt „Der Pulsationsveränderliche R Cas“
Das eigene Tun und Erfolgserlebnisse tragen zur Motivation der Schüler für die Naturwissenschaften und die Mathematik bei. Es wird ein 12stündiges Schulprojekt als Einstieg in die Veränderlichenforschung vorgestellt, welches viel eigenes Tun ermöglicht und Aussicht auf Erfolg verspricht. Das Projekt bzw. didaktische Materialien dazu können über das Internet abgerufen werden.

Projektplanung [pdf] [69 KB]

WiS/Lehreronline
http://www.wissenschaft-schulen.de/alias/material/blick-ins-tagebuch-eines-pulsierenden-sterns-auswertung-von-originaldaten/1051482



https://www.lehrer-online.de/index.php?id=27&tx_locore_lounit[unit]=1001545&cHash=89563d1e4af7228f321fb22404f8e515

 

 

Workshop: Projektplanung
Projektplanung Sternhelligkeiten können zum Teil auch direkt am Himmel geschätzt werden. Dazu ist es nötig, diese Sterne zu identifizieren, d. h. auffinden zu können (Umgebungskarte mit Vergleichssternen) und zur richtigen Zeit zu beobachten. So lohnt die Beobachtung des Bedeckungsveränderlichen Algol nur im Zeitraum seines Hauptminimums, während dessen er innerhalb einiger Stunden einen mit dem bloßen Auge sichtbaren Helligkeitsabfall zeigt. Damit man das Minimum beobachten kann, müssen einige Voraussetzungen erfüllt sein: Minimumszeit für Algol, möglichst kein Mondlicht, möglichst günstige Abendzeit, möglichst große Höhe. Es muss geplant werden.