Unterrichtsmaterial

Bei Berechnungen mit dem Taschenrechner neigen Schülerinnen und Schüler gerne dazu, das Ergebnis bis auf die letzte Kommastelle genau anzugeben, die der Taschenrechner ausspuckt. Dass das in der Regel nicht sinnvoll ist, lässt sich meist nur schwer vermitteln. Dafür muss man sich klar machen, dass die Genauigkeit, mit der man einen berechneten Wert angeben kann, maßgeblich davon abhängt, wie genau die Messwerte ermittelt werden konnten, die der Berechnung zugrunde liegen. Ein gutes Beispiel dafür ist der Riesenstern Beteigeuze (Abb. 1). Er gehört zu den größten bekannten Sternen und steht uns vergleichsweise nahe. Daher ist es nicht verwunderlich, dass er der erste Stern ist, abgesehen von der Sonne, bei dem es gelang, die Oberfläche mit Teleskopen räumlich aufzulösen. Auch sonst wurde und wird er von vielen Forschungsgruppen eingehend untersucht. Dennoch ist es bisher nicht gelungen, Größen wie seine Entfernung oder seinen Radius hinreichend genau zu bestimmen. Entsprechende Angaben in der Literatur unterscheiden sich bisweilen beträchtlich. Ein Stern wie Beteigeuze, der viele Tücken aufweist, eignet sich daher gut als Beispiel für die Erörterung der Frage, wie genau man Messwerte bzw. die daraus berechneten Ergebnisse sinnvollerweise angeben sollte.

Die Astronomie lehrt uns, durch genaues Beobachten aber auch im phantasievollen Nachdenken, das auch Irrtümer erlaubt, die Welt zu erkunden. Liegen wir falsch oder sind die Ideen stimmig, die wir über die Natur der Objekte entwickeln? Weitere Beobachtungen entscheiden darüber. In diesem Beitrag dient das Hubble-Bild von HBC 672 als Beispiel, den Schülerinnen und Schülern diese Prinzipien für die Erkundung der Welt vor Augen zu führen. Nach einer Beschreibung der Zielsetzung der Unterrichtseinheit und der möglichen Vorgehensweisen widmen wir uns zunächst der genauen Betrachtung der ausgewählten Himmelsregion. Es werden Ideen über die einzelnen Elemente frei entwickelt, begründet und auch hinterfragt. Das Vorgehen wird vertieft an Hand des Schattenwurfs im Licht des Sterns HBC 672. Den Abschluss bildet ein freies Theaterspiel.

Aristoteles schrieb: „Während auf der Erde alle Körper zur Ruhe kommen, bewegen sich die Himmelskörper ewig. Folglich müssen im Kosmos andere Gesetze herrschen als auf der Erde“. Das blieb solange die gültige Lehrmeinung, bis Newton im Jahre 1687 ein physikalisches Gesetz vorlegte, das nicht nur auf der Erde, sondern auch im Kosmos gilt, das Gravitationsgesetz. Demnach musste die Astronomie vor Newton gänzlich ohne Physik auskommen und entwickelte sich dann allmählich zu einer ausgeprägt interdisziplinären Wissenschaft. In einem allgemeinbildenden Astronomieunterricht sollten zumindest die alltäglich beobachtbaren Himmelserscheinungen, die besondere Kulturgeschichte der Himmelskunde und einige physikalische Aspekte der Astronomie behandelt und miteinander verknüpft werden. Dort, wo die Astronomie den Schülern nur als ein Lernbereich der Physik begegnet, wird sie allzu oft nur als ein Spezialgebiet (der Physik) wahrgenommen, was weit unter ihren Möglichkeiten liegt und zu Fehlvorstellungen führen kann. Das WIS-Projekt macht dieses Defizit bewusst und wertet die Astronomie auf. Mit Hilfe eines Arbeitsblattes lernen die Schüler die Physik und die Astronomie als eigenständige Naturwissenschaften und deren erfolgreiches Zusammenwirken kennen.

Etwa alle 11 Jahre erreicht der Fleckenzyklus der Sonne sein Maximum (das nächste mal voraussichtlich im Sommer 2025) und der Fernrohranblick der Sonnenscheibe (nach entsprechender Reduzierung der Lichtmenge) wird aufregender (der Unterschied zur ruhigen und blanken Sonnenscheibe ist vergleichbar mit dem Unterschied zwischen einer völlig ruhigen und einer vom Sturm aufgepeitschten Meeresoberfläche). Vor allem die Sonnenflecken sind es, die diesen Unterschied ausmachen. Von Tag zu Tag verschieben sich die Positionen der Flecke merklich. Ursache ist die Rotation der Sonne, die wegen ihres Gas-/Plasmakörpers in Abhängigkeit vom solaren Breitengrad verschieden schnell verläuft. Im vorliegenden WIS-Beitrag wird ein einfacher Versuch zur Bestimmung der differentiellen Rotation der Sonne vorgestellt, der auf Bilddaten das HMI-Instruments der Sonde ‚Solar Dynamic Observatory‘ (SDO) und den Ergebnissen von Freiburger Bachelorarbeiten zu diesem Thema beruht.

Die Sonnenbeobachtung ist ein weites Feld und gibt auch Amateuren und Schülern Möglichkeiten zur Beschäftigung. Der WIS-Beitrag gibt einen Einblick in das Thema der Sonnenbeobachtung und in die optischen Grundlagen der Teleskoptechnik. In der Praxisanwendung lernen die Schüler wie sie die Sonne mit einem selbst gebauten Sonnenfilter oder mit einem kleinen Sonnenprojektor beobachten können.