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.

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.​wis​sens​chaf​t-​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
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. 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 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. 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
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 . (Bild teil­wei­se mit Sky 6 er­stellt.)

Ar­beits­blatt: Be­ob­ach­tung [pdf] [435 KB]

 

Vor­trag: Ver­än­der­li­che Ster­ne - Aus­wer­tung der Licht­kur­ven
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)
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
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]

http://​www.​wis​sens​chaf​t-​schu­len.​de/​alias/​ma­te­ri­al/​blick-​ins-​ta­ge­buch-​eines-​pul​sier​ende​n-​sterns-​aus­wer­tung-​von-​ori​gina​ldat​en/​1051482

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

 

 

Work­shop: 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.