Unterrichtsmaterial

Bis heute (Stand August 2023) wurden insgesamt 1058 Exoplaneten (von insgesamt 5484) mithilfe der Radialgeschwindigkeitsmethode nachgewiesen. Zu diesen Entdeckungen zählen auch die beiden erdähnlichen Exoplaneten um den Roten Riesen GJ 1002, auf die der SuW-Beitrag „Zwei erdähnliche Exoplaneten um GJ 1002“ vom Oktober 2023 Bezug nimmt. Die physikalischen Hintergründe, die es bedarf, um diese Methode zu verstehen, sind vielschichtig. Im vorliegenden Material wurden fünf Stationen (Lichtspektrum, Spektroskopie, Absorptionslinien, Radialgeschwindigkeit, Doppler-Effekt) entwickelt, die den Schüler*innen die Radialgeschwindigkeitsmethode näherbringen sollen. Die Materialien sind so gestaltet, dass sie von den Schüler*innen selbstständig, mit hohem experimentellen Anteil bearbeitet werden können. Eine besondere Rolle spielt hierbei der Einsatz von Smartphones zur Aufnahme und Auswertung von Versuchsdaten (u.a. Bau eines Handyspektrometers).

Ein Brauner Zwerg ist ein astronomisches Objekt, welches eine Art Übergangsstufe zwischen Planeten und Sternen darstellt. Braune Zwerge werden oftmals auch als "gescheiterte Sterne" bezeichnet, da sie nicht genügend Masse besitzen, um die notwendigen Temperaturen und Drücke für die Fusion von Wasserstoffkernen zu erreichen, die für die Energieerzeugung in normalen Sternen erforderlich sind. Ihre typische Masse liegt bei etwa 13 bis 80 Jupitermassen. Obwohl sie keine Kernfusion dauerhaft betreiben können, geben sie immer noch eine gewisse Wärme und Strahlung ab, die von ihrer anfänglichen Kontraktion und vom radioaktivem Zerfall herrührt. Dies macht sie im Infrarotbereich beobachtbar. Der Begriff "Brauner Zwerg" wurde erstmals in den 1960er Jahren geprägt, obwohl sie erst in den 1990er Jahren als eigenständige Klasse von Himmelskörpern anerkannt wurden. Braune Zwerge sind interessante Objekte, da sie uns dabei helfen können, die Grenzen zwischen Planeten und Sternen besser zu verstehen. Zudem liefern sie spannende Einblicke in die generelle Entstehung und Entwicklung von Sonnensystemen. Die vorliegenden Materialien bieten eine kleine Aufgabensammlung sowie direkt einsetzbare Arbeitsblätter rund um das Thema „Braune Zwerge“.

Warum erscheint der Himmel auf der Erde blau, und wie erscheint der Himmel auf anderen Planeten? Woraus bestehen die Atmosphären auf den anderen Welten unseres Sonnensystems? Wie steht es mit den Atmosphären ferner Welten, die andere Sterne umkreisen? Wie können Wissenschaftler*innen Aussagen über die Atmosphären von Planeten außerhalb des Sonnensystems machen? Um Antworten auf diese und ähnliche Fragen zu bekommen, tauche mit diesem Beitrag ins Thema Exoplaneten ein.

Für Projekttage, Schulfeste oder auch für einen Tag der offenen Tür werden immer wieder Aktivitäten gesucht, die begeistern. Also warum nicht einmal etwas Astronomisches anbieten? Da nicht jede Schule über eine eigene Sternwarte verfügt, werden in diesem WIS-Beitrag Ideen zur Umsetzung vorgestellt, die im Klassenzimmer, auf dem Schulflur oder auch dem Schulhof durchgeführt werden können. Die einzelnen Stationen werden von den Schülerinnen und Schülern selbst gestaltet und betreut.

Die Exoplanetenforschung stellt heutzutage einen bedeutenden Zweig der Astronomie dar. Die Zahl der nachgewiesenen Objekte wächst beständig und die Daten werden immer genauer. Die vom Sonnensystem her bekannten Planetenklassen (Gesteinsplaneten, Gasriesen, Eisriesen) reichen nicht mehr aus, um die Welt der Exoplaneten zu klassifizieren. Viele neue Klassen sind dazugekommen. Sie bereichern und verändern die Planetenklassifikation. Eine dieser neuen Planetenklassen betrifft die Ozeanplaneten (auch Wasserwelten genannt). Viele spannende Fakten und Fragen verbinden sich mit diesem Planeten-typ. Im WIS-Beitrag wird eine Aufgabensammlung zum Problemkreis ‚Wasser im Umfeld der Sterne‘ präsentiert. In den Aufgaben wird u. a. aufgezeigt, wie die Forscher zur Idee der Wasserwelten gekommen sind, es wird der Frage nachgegangen, ob die Erde eine Wasserwelt ist u. v. m. Die Aufgaben rufen mit vielen interessanten und motivierenden fächerübergreifenden Aspekten Kenntnisse aus verschiedenen MINT-Fächern ab.