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Unser Son­nen­sys­tem

1. Auf­bau und ty­pi­sche Grö­ßen­ord­nun­gen des Son­nen­sys­tems

In den ers­ten zwei Stun­den ler­nen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler die Ein­ord­nung der Erde in unser Son­nen­sys­tem und des­sen Be­stand­tei­le ken­nen.

Vor­be­rei­tung (Stun­den 1 und 2 von 8):

Ko­pie­ren der Ar­beits­blät­ter:

  • 01_eu­w_a­b_un­ser_­son­nen­sys­te­m_im_­maß­stab.docx (ACH­TUNG: Toner unfreund­lich!);
  • 02_eu­w_a­b_be­grif­fe_un­d_­ko­me­ten.docx,
  • 03_eu­w_a­b_e­k­lip­tik.docx,

Mur­mel, Steck­na­del, Maß­band

Un­ter­richts­ab­lauf (Stun­den 1 und 2 von 8):

In der Regel wis­sen viele Schü­ler schon man­che Dinge über das Welt­all, es macht Sinn, dies erst ein­mal ab­zu­fra­gen und ein wenig zu sam­meln. Aus der Viel­falt der ge­nann­ten Dinge kann man Vie­les auf spä­ter ver­schie­ben (Schwar­ze Lö­cher, Su­per­no­vae, etc.).

Dann be­ginnt man mit dem Pla­net Erde im Son­nen­sys­tem und er­fragt, wie weit bis­lang schon ein Mensch von der Erde ent­fernt war. Für viele Schü­ler ist es sehr über­ra­schend, dass die­ses Ziel „nur“ der Mond (Mitt­le­re Ent­fer­nung: 384 000 km) war, wähn­ten sie uns doch schon auf dem Mars. Auch der letz­te Mond­flug eines Men­schen (1972) wird völ­lig falsch ein­ge­schätzt und auf viel spä­ter da­tiert.

Aus­ge­hend davon bie­tet es sich an, eine maß­stäb­li­che Dar­stel­lung für unser Son­nen­sys­tem zu wäh­len: 1:1 Mrd., die Erde hat dann etwa den Mur­mel­durch­mes­ser (1,3 cm), der Mond (Steck­na­del­kopf) be­fin­det sich in etwa 40 cm Ent­fer­nung. Die­sen Ab­stand er­war­ten die Schü­ler meist nicht, sie wäh­nen ihn klei­ner. Die Sonne wäre dann 150 m weit weg und hat hier­bei einen Durch­mes­ser von 1,4 m.

Man­chen Schü­lern ist der Merk­satz für die Rei­hen­fol­ge der Pla­ne­ten (von der Sonne aus) be­kannt:

Mein Vater Erklärt Mir Jeden Sonn­tag Unse­ren Nacht­him­mel

Mög­li­cher Ta­fel­an­schrieb:

Unser Sonnensystem im Universum

Ab­bil­dung 1: Sven Hans­sen

An­mer­kung: Pluto ge­hört per De­fi­ni­ti­on der IAU seit 2006 zu den Zwerg­pla­ne­ten

Die Kopie 01_eu­w_a­b_un­ser_­son­nen­sys­te­m_im_­maß­stab ver­deut­licht die Grö­ßen- und Ent­fer­nungs­ver­hält­nis­se, al­lein be­greif­bar macht sie sie nicht.

Hier hilft es etwas, mit den Schü­lern hin­aus­zu­ge­hen und mit Mur­mel und Me­ter­maß zu­min­dest den Ab­stand Sonne - Erde (1 AE) und das Grö­ßen­ver­hält­nis Sonne - Erde maß­stabs­ge­recht ein­mal dar­zu­stel­len (Sport­platz). (Soll­te in der Nähe der Schu­le ein Pla­ne­ten­weg exis­tie­ren, bie­tet sich auch die­ser sich grund­sätz­lich für eine Wan­de­rung, bzw. Ex­kur­si­on an)

Man kann dabei auch den schein­ba­ren Lauf der Sonne im Laufe eines Jah­res ver­fol­gen (klei­ne­re Ab­stän­de wäh­len!) und die Ek­lip­tik ver­an­schau­li­chen, wenn Schü­ler die Sonne und die Erde dar­stel­len und sich um­ein­an­der be­we­gen.

Um wei­te­re Ob­jek­te un­se­res Son­nen­sys­tems ken­nen­zu­ler­nen, wer­den nun im In­ter­net die Be­grif­fe aus dem Ar­beits­blatt 02_eu­w_a­b_be­grif­fe_un­d_­ko­me­ten re­cher­chiert. (Ggf. Grup­pen bil­den, die ein­zel­ne The­men be­ar­bei­ten und an­schlie­ßend re­fe­rie­ren.

Mög­lich sind hier auch The­men wie das Stein­hei­mer Be­cken und Nörd­lin­ger Ries als Ein­schlags­kra­ter von Me­teo­ri­ten in un­se­rer Re­gi­on, ak­tu­el­le­re Phä­no­me­ne wie Tun­gus­ka und Tschel­ja­b­insk, oder der Chic­xulub-Kra­ter in Me­xi­ko, des­sen Ein­schlag mög­li­cher­wei­se für das Sau­ri­er­ster­ben ver­ant­wort­lich ist.

Haus­auf­ga­be: Ar­beits­blatt 03_eu­w_a­b_e­k­lip­tik

2. Die Pla­ne­ten und ihre Ei­gen­schaf­ten

In­halt der nächs­ten drei Stun­den sind die Pla­ne­ten:

Vor­be­rei­tung (Stun­den 3 bis 5 von 8):

Ko­pie­ren des Ar­beits­blatts:

  • 04_eu­w_a­b_­pla­ne­ten­steck­brief.docx;
  • 01_eu­w_pp­t_e­k­lip­tik.ppt
  • 02_eu­w_pp­t_un­ser_­son­nen­sys­te­m_im_­uni­ver­sum.ppt (Teil 1)

Com­pu­ter­raum mit Bea­mer

Un­ter­richts­ab­lauf (Stun­den 3 bis 5 von 8):

Be­spre­chung der Haus­auf­ga­be (Dar­stel­lung der Ek­lip­tik auch mit 01_eu­w_pp­t_e­k­lip­tik)

Ar­beits­blatt: 04_eu­w_a­b_­pla­ne­ten­steck­brief

Hier­zu bil­det man acht Grup­pen, die je­weils In­for­ma­tio­nen über einen Pla­ne­ten zu­sam­men­tra­gen und in einer klei­nen Prä­sen­ta­ti­on ge­stal­ten.

Wich­tig ist, dass nur Grö­ßen­ver­hält­nis­se im Ver­hält­nis zur Erde ge­nannt wer­den (z.B. Mer­kur: Ra­di­us: 0,39 rE – oder: 40% des Erd­ra­di­us; Masse: 0,055 mE – oder: etwa 1/20 der Erd­mas­se;…), da Ra­di­en, Mas­sen, etc. sonst ein­fach nur große Zah­len sind, die nie­mand er­fas­sen kann.

Bei der Vor­stel­lung der ein­zel­nen Pla­ne­ten macht es daher Sinn mit der Erde zu be­gin­nen,

wobei hier die Werte ge­nannt wer­den (Erd­ra­di­us: rE = 6378 km, Erd­mas­se: mE = 6 ∙ 1021 t,…).

Her­vor­zu­he­ben sind wich­ti­ge Merk­ma­le, z.B.:

Mer­kur:
Pla­net mit den größ­ten Tem­pe­ra­tur­schwan­kun­gen (+430 °C bis –170 °C)
Venus:
Hei­ßes­ter Pla­net (Treib­haus­ef­fekt, CO2-At­mo­sphä­re, 470 °C)
Erde:
Ein­zi­ger uns be­kann­ter Pla­net mit Leben, Stick­stoff-Sau­er­stoff At­mo­sphä­re, Was­ser in allen drei Ag­gre­gats­zu­stän­den, ein Mond
Mars:
Größ­ter Vul­kan im Son­nen­sys­tem: Olym­pus Mons – Höhe: 25 km Zwei Monde: Pho­bos und Dei­mos
Ju­pi­ter:
Größ­ter Pla­net, Gro­ßer Roter Fleck (Wir­bel­sturm: Mehr als zwei Erd­durch­mes­ser), mehr als 69 Monde
Sa­turn:
Deut­li­ches Ring­sys­tem, Dich­te ge­rin­ger als Was­ser… „schwimmt“ ☺
Ura­nus:
Ro­ta­ti­ons­ach­se fast par­al­lel zur Ek­lip­tik (waag­rech­te Ro­ta­ti­ons­ach­se)
Nep­tun:
Größ­te Wind­ge­schwin­dig­kei­ten im Son­nen­sys­tem (über 1000 km/h)

Er­gän­zend oder al­ter­na­tiv kann auch die Vor­stel­lung un­se­res Son­nen­sys­tems im Uni­ver­sum durch Teil 1 02_eu­w_pp­t_un­ser_­son­nen­sys­te­m_im_­uni­ver­sum er­fol­gen.

Auf­ga­be für alle Schü­ler ist letzt­lich (Haus­auf­ga­be über einen län­ge­ren Zeit­raum), dass jeder über jeden Pla­ne­ten einen Steck­brief hat.


3. Ver­än­de­run­gen im Welt­bild

Aus den Be­ob­ach­tun­gen und aus Glau­bens­grün­den tut sich der Per­spek­tiv­wech­sel der Be­trach­tung des Welt­bil­des (bis heute) schwer. Ob­wohl schon in der An­ti­ke die An­fän­ge ge­macht wur­den, hielt man bis ins 17. Jahr­hun­dert an dem geo­zen­tri­schen Welt­bild fest, bis Ko­per­ni­kus, Kep­ler und New­ton das he­lio­zen­tri­sche Welt­bild aus­ge­ar­bei­tet hat­ten. Ko­per­ni­kus pos­tu­lier­te dies be­reits 1502, seine Schrift blieb aber bis 1835 auf dem Index ver­bo­te­ner Bü­cher der ka­tho­li­schen Kir­che.

Clau­di­us Pto­le­mä­us (ca. 100-160, Ma­the­ma­ti­ker, Geo­graf, As­tro­nom, As­tro­lo­ge) schrieb den Al­ma­gest. Er ent­hielt eine de­tail­lier­te Aus­ar­bei­tung des geo­zen­tri­schen Welt­bilds, das spä­ter nach ihm pto­le­mä­i­sches Welt­bild ge­nannt wurde. Darin be­we­gen sich die Pla­ne­ten auf Epi­zy­keln um die Erde

Gior­da­no Bruno (1548-1600, ita­lie­ni­scher Pries­ter, Dich­ter, Phi­lo­soph und As­tro­nom) pos­tu­lier­te die Un­end­lich­keit des Welt­raums, und dass es wohl un­zäh­li­ge Pla­ne­ten mit den­ken­den Wesen im Welt­all geben müsse. Ver­bren­nung als Ket­zer in Rom (Teil­re­ha­bi­li­ta­ti­on im Jahr 2000 sei­tens der ka­tho­li­schen Kir­che).

Tycho Brahe (1546-1601) ar­bei­te­te noch mit sei­nem ei­ge­nen ge­o­he­lio­zen­tri­schen Welt­bild, bei der sich die Sonne um die Erde auf einer Kreis­bahn und die Pla­ne­ten um die Sonne auf Epi­zy­keln um die Erde be­we­gen. Diese waren ziem­lich genau (aber kom­pli­ziert) be­re­chen­bar, so dass die Pla­ne­ten­po­si­tio­nen exakt vor­her­sag­bar waren und so auch dem kirch­lich ge­wünsch­ten Geo­zen­trum ge­nü­ge taten.

Jo­han­nes Kep­ler (1571-1630) ent­wi­ckel­te die nach ihm be­nann­ten Kep­ler­ge­set­ze (1602), die die bis dahin kom­pli­zier­ten Be­rech­nun­gen der Pla­ne­ten­po­si­tio­nen über­flüs­sig mach­ten.

Isaac New­ton (1642-1727) Ent­deck­te das Gra­vi­ta­ti­ons­ge­setz und damit die phy­si­ka­li­schen Zu­sam­men­hän­ge der Pla­ne­ten­be­we­gun­gen.

Vor­be­rei­tung (Stun­de 6 von 8):

Ko­pie­ren des Ar­beits­blatts:

  • 05_eu­w_a­b_­pla­ne­ten­schlei­fen.docx,

Pro­gramm: ea­sys­ky ( De­mo­ver­si­on kos­ten­los)

Un­ter­richts­ab­lauf (Stun­de 6 von 8):

In der fol­gen­den Stun­de wird ge­zeigt, wie sich das ge­o­he­lio­zen­tri­sche Welt­bild dar­ge­stellt hat und wie sich mit der ko­per­ni­ka­ni­schen Wende das Welt­bild er­klärt hat (mit der heute u.a. auch die Raum­fahrt mög­lich ist).

Die Schü­ler be­ar­bei­ten das Ar­beits­blatt 05_eu­w_a­b_­pla­ne­ten­schlei­fen. Hier zeigt sich, wie sich die Be­we­gun­gen der Erde und an­de­rer Pla­ne­ten von der Erde aus be­trach­tet aus­wir­ken. So ent­ste­hen die Pla­ne­ten­schlei­fen durch un­ter­schied­lich große Ge­schwin­dig­kei­ten und Um­lauf­dau­ern der Pla­ne­ten um die Sonne. Diese waren aber auch grund­sätz­lich durch Tycho Bra­hes Epi­zy­kel­bah­nen prä­zi­se be­re­chen­bar.

Mit dem Pro­gramm Ea­syS­ky ist eine De­mons­tra­ti­on der Be­we­gung der Pla­ne­ten so­wohl mit Geo­zen­trum als auch mit He­lio­zen­trum mög­lich (In „Son­nen­sys­tem­an­sicht“ die Erde an­kli­cken, Haken bei „Fi­xie­ren“), wobei man hier­bei de­mons­trie­ren kann, wie sich die kom­pli­zier­ten Epi­zy­kel­bah­nen zu ein­fa­chen El­lip­sen­bah­nen re­du­zie­ren, wenn man das rich­ti­ge Zen­trum wählt.

Mög­li­cher Ta­fel­an­schrieb:

Veränderungen im Weltbild

Ab­bil­dung 2: Sven Hans­sen

4. Das Son­nen­sys­tem als Teil der Milch­stra­ße

Die Dop­pel­stun­de wid­met sich der ver­meint­li­chen Ein­zig­ar­tig­keit un­se­res Son­nen­sys­tems und er­wei­tert den Ho­ri­zont be­züg­lich nicht-em­pi­ri­scher Welt­an­schau­un­gen.

Vor­be­rei­tung (Stun­den 7 und 8 von 8):

Ak­tu­el­le Daten von Pla­net­quest (NASA) ken­nen ( https://​exo­pla­nets.​nasa.​gov/ )

02_eu­w_pp­t_un­ser_­son­nen­sys­te­m_im_­uni­ver­sum.ppt (Teil 2)

Un­ter­richts­ab­lauf (Stun­den 7 und 8 von 8):

Zu­nächst wird mit Teil 2 von 02_eu­w_pp­t_un­ser_­son­nen­sys­te­m_im_­uni­ver­sum ge­zeigt, wo sich unser Son­nen­sys­tem im Uni­ver­sum ein­ord­nen lässt.

Aus­ge­hend von den Daten von Pla­net­quest kann man in der Prä­sen­ta­ti­on sehen, wo die bis­lang ge­fun­de­nen Pla­ne­ten­sys­te­me in Bezug auf un­se­re Ga­la­xis sind (Es han­delt sich aus­schließ­lich um „nahe“ Ob­jek­te bis ca. 10 000 Lj Ent­fer­nung).

Die Schü­ler re­cher­chie­ren Ab­stän­de von ei­ni­gen bis­lang ge­mes­se­nen Exo­pla­ne­ten zu uns und neh­men Bezug auf die ge­sam­te Ga­la­xis. Sie er­ken­nen, wie groß die An­zahl an Pla­ne­ten­sys­te­men al­lein in un­se­rer Ga­la­xis sein kann und dis­ku­tie­ren über die Mög­lich­kei­ten au­ßer­ir­di­scher Le­bens­for­men.

Mög­li­cher Ta­fel­an­schrieb:

Veränderungen im Weltbild

Ab­bil­dung 3: Sven Hans­sen

 

Un­ter­richts­ver­lauf: Her­un­ter­la­den [docx][793 KB]

Un­ter­richts­ver­lauf: Her­un­ter­la­den [pdf][2 MB]

 

Wei­ter zu As­tro­no­mi­sche Mes­sun­gen