Über Leben auf dem Mond wurde bereits in der Antike spekuliert. Als Begründer der Science-Fiction-Literatur gilt jedoch Johannes Kepler (1571-1630), der in seinem Werk "Somnium" eine fiktive Reise zum Mond schildert.Der berühmte Astronom beschreibt im ?Somnium? eine phantastische Reise zum Mond. In dem kurzen Text verbindet er sowohl Mythen als auch wissenschaftliche Erkenntnisse seiner Zeit. Für den Deutschunterricht bietet diese Mischung aus Fiktion und Wirklichkeit reizvolle Zugänge zu Textbetrachtung und Sprachlehre, aber auch zu der faszinierenden Naturwissenschaft der Astronomie. Durch Internetrecherchen, Arbeits- und Informationsblätter gewinnen die Schülerinnen und Schüler Einblicke in Keplers Leben und sein "Somnium", untersuchen die Frage, was für Anforderungen eine Reise zum Mond an Astronauten stellt und beschäftigen sich mit Vorstellungen zur Geographie des Mondes und zu "Mondbewohnern". Die vorgestellten Unterrichtsvorschläge zu Keplers "Somnium" können sowohl im Zusammenhang als auch als Einzelbausteine eingesetzt werden. Kepler und der Beginn neuzeitlicher Astronomie Vor 400 Jahren, im Jahre 1609, hat Galileo Galilei (1564-1642) erstmals ein Teleskop für astronomische Beobachtungen genutzt. 1609 gilt daher als der Beginn der neuzeitlichen Astronomie. Aufgrund des historischen Jubiläums hat die UN-Generalversammlung 2009 zum Internationalen Jahr der Astronomie erklärt. Auch ein Johannes Kepler Jubiläum ist in diesem Jahr zu begehen: Vor 400 legte er mit seinem Werk "Astronomia Nova" die Grundlagen zum Verständnis der Bewegung der Himmelskörper. Kepler fächerübergreifend Das Thema Kepler bietet sich für eine fächerübergreifende Herangehensweise an. Die Auseinandersetzung mit dem "Somnium" kann mit der Behandlung der Himmelsmechanik (Physik oder Mathematik, siehe Marsschleifen ? die Entdeckung der Himmelsmechanik ) und im Geschichtsunterricht mit der Untersuchung seiner Lebensumstände verbunden werden (Dreißigjähriger Krieg, Hexenverbrennung, siehe Johannes Kepler und seine Zeit ). Der hier vorgestellte fünfte und sechste Baustein zum "Somnium" (Jakobs Traum, Biblisches und altägyptisches Weltbild) sind fachübergreifende Ergänzungen mit Bezug zur Religionslehre. Wenn Sie Zugang zu einem Teleskop (Volks- oder Schulsternwarte) haben, sollten Sie ihren Schülerinnen und Schülern auch einen Blick durch modernes Gerät auf die Mondoberfläche ermöglichen - als schöne Abrundung der Beschäftigung mit Keplers Traum vom Mond. 1. Einführung in Keplers "Traum" Diese Stunde führt in den Text "Somnium" ein: Autor, Entstehungszeit, Textart und Aufbau der Erzählung werden erläutert. 2. Reisende oder Astronauten? In dieser Stunde geht es darum, wie man sich zu Keplers Zeit mögliche Reisen zum Mond vorstellte, und wie - im Vergleich dazu - echte Astronauten ausgestattet sein müssen. 3. Die Geographie des Mondes nach Kepler Kepler kommt in seinem Traum zu Ergebnissen, die in ihrem Kern auch heute noch akzeptabel sind, wenngleich er sie in phantastische Zusammenhänge einkleidet. 4. Keplers Mondbewohner Die Möglichkeit eines bewohnten Mondes hat die Menschen schon vor langer Zeit beschäftigt und sich in verschiedenen Darstellungsformen niedergeschlagen. 5. Jakobs Traum Die Schülerinnen und Schüler vergleichen Jakobs Traum von der Himmelsleiter mit Keplers "Somnium" unter Berücksichtigung der Entstehung und der Aussageabsicht der Autoren. 6. Biblisches und altägyptisches Weltbild Die Beschäftigung mit unterschiedlichen Weltbildern offenbart die Entwicklung von der Vorstellung eines belebten Himmels zu einem unbelebten Weltraum. Die Schülerinnen und Schüler sollen einen Überblick über die Biografie Johannes Keplers gewinnen. die Textart von Johannes Keplers "Somnium" bestimmen können. Stilmerkmale einer Phantasiegeschichte in Keplers "Somnium" erkennen. Einblick in Bedingungen und Anforderungen an das Reisen zu Keplers Zeit erhalten. zum kritischen Vergleich historischer Vorstellungen moderner Praxis von der Raumfahrt befähigt werden. eine kleine Auswahl astronomischer Fachbegriffe kennen lernen. verständliche Definitionen neuer Begriffe formulieren können. Einblick in verschiedene Mythen von einer Belebung des Mondes erhalten. wissenschaftlich-logische Schlussfolgerungen Keplers, ironische Übertreibungen und heute bekannte Tatsachen über sogenannte Mondbewohner unterscheiden lernen. die Fähigkeit zur Deutung von Traumsymbolen an zwei Beispielen erwerben. Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen dem antiken (biblischen, altägyptischen) und modernen Weltbild Keplers benennen können. Thema Keplers Traum von der Reise zum Mond Autor Günther Neumann Fach Deutsch, fachübergreifende Ergänzungen mit Bezug zur Religionslehre Zielgruppe ab Klasse 8 Zeitraum 1 Stunde pro Einzelbaustein Technische Voraussetzungen Computer mit Internetanschluss in ausreichender Anzahl (1-2 Personen pro Rechner) Für die Bereitstellung eines Scans des Buches "Keplers Traum vom Mond" von Ludwig Günther (Leipzig 1898) bedanken wir uns bei Herrn Dr. Daniel A. Di Liscia von der Kepler-Kommission der Bayerischen Akademie der Wissenschaften. Motivation Zum Einstieg in die Thematik wird ein Portrait Keplers gezeigt. Dazu bietet sich das Kepler-Portrait aus dem Wikimedia Commons Medienarchiv an. Hinzuweisen ist auf die Instrumente, die Kepler auf der Darstellung in der Hand hält. Besonders der Zirkel lässt Rückschlüsse auf seine berufliche Tätigkeit zu. Kepler-Porträt Portrait aus dem Wikimedia Commons Medienarchiv Problematisierung An die Betrachtung des Portraits schließt sich die Frage an: "Mathematiker und Astronom oder Dichter?" Dem wird durch eine kurze Internet-Recherche (zum Beispiel auf der Website Wikipedia) nachgegangen. Neben Keplers Lebensdaten werden vor allem die Titel seiner Werke untersucht. Sind das wissenschaftliche oder belletristische Werke? Die Lernenden tragen ihre Rechercheergebnisse vor (Tafelanschrift oder alternativ Dokumentation mithilfe eines Textverarbeitungsprogramms). Folgende Informationen sollten gefunden werden: Friedrich Johannes Kepler Geboren am 27. Dezember 1571 in Weil der Stadt Verstorben am 15. November 1630 in Regensburg Naturphilosoph, Theologe, Mathematiker, Astronom, Astrologe und Optiker Werke Mysterium Cosmographicum Harmonice Mundi Dioptrice Tabulae Rudolfinae Astronomia Nova Somnium Nova stereometria doliorum vinariorum Von den gesicherten Grundlagen der Astrologie Falls den Schülerinnen und Schülern der Text vorliegt, kann das folgende Schema gemeinsam erarbeitet werden. Ansonsten trägt die Lehrkraft den Aufbau des Textes vor (Tab. 1). Tab. 1: Erzählstruktur Quellenfiktion Einleitung Hauptteil Schluss Realität Kepler erwirbt 1608 auf der Frankfurter Buchmesse ein Werk über die böhmische Zauberin Libussa. Kepler erwacht abrupt vom prasselnden Regen. Traum Er träumt, dass in diesem Buch die Hexe Fiolxhilde einen Geist beschwört. Kern der Erzählung Der Geist erzählt von der Reise zum Mond Das Diagramm (Tab. 1) macht deutlich, dass es sich bei dem Werk "Somnium" um einen fiktionalen Text handelt, der in drei Ebenen aufgebaut ist. Die oberste Ebene spielt in der Realität und kann als autobiographische Notiz Keplers begriffen werden. Die mittlere Ebene mit Schlaf und Traum stellt die Verbindung von der Realität zur Welt des Mythos her: Als Hexen galten reale Menschen, denen man irreale Eigenschaften wie die Macht über Geister und Dämonen andichtete. Die dritte und unterste Ebene schließlich stellt den eigentlichen Kern der Erzählung dar. Kepler erzählt aber nicht selbst, sondern lässt im Traum einen Geist sprechen, der aus seinem übernatürlichen Wissen heraus die Reise zum Mond und die dortigen Gegebenheiten beschreibt. Durch diesen Kunstgriff muss Kepler seine Aussagen nicht wissenschaftlich belegen, sondern bewegt sich im Raum künstlerischer Freiheit. Lehrpersonen können sich mit der hier angebotenen deutschen Übersetzung einen Eindruck vom Gesamtwerk verschaffen (Umfang etwa neun "Schreibmaschinenseiten"): Die Schülerinnen und Schüler füllen gemeinsam einen Lückentext aus. Während die Lösungen für die ersten Lücken noch vom Arbeitsblatt selbst abgelesen werden können, müssen die weiteren Lücken durch das individuell erworbene Wissen gefüllt werden: "Johannes Kepler lebte von _ 1571 _ bis _ 1630 _. Er war unter anderem _ Mathematiker _ und _ Astronom _, aber er interessierte sich auch für _ Astrologie _. In einem seiner Werke beschreibt er einen _ Traum _. Darin geht es um eine Reise zum _ Mond _. Wegen der Darstellung als unwirkliche Einflüsterung eines Geistes ist dieser 18 Seiten lange Text kein wissenschaftliches Werk, sondern _ eine phantastische Erzählung _." Motivation Auf der Webseite Schulbilder.org gibt es mehrere Ausmalbilder von Astronauten. Ein Beispiel können Sie unter dem folgenden Link herunterladen. Diese Grafik oder andere, realistischere Abbildungen von Astronauten führen zu der Frage: "Seit wann denken Menschen daran, zum Mond zu reisen?" Schulbilder.org: Astronaut Sie können eine Abbildung mit dem Download-Knopf unter der Grafik herunterladen. Beachten Sie die “Image Information” unter der Abbildung und die „Terms of Use“. Problematisierung Zu Keplers Zeit gab es natürlich noch keine reale Möglichkeit, zum Mond zu reisen. Aber er lässt in seinem "Traum" einen Geist eine solche Reise beschreiben. Zunächst raten die Schülerinnen und Schüler, was für Menschen man zu Keplers Zeit (17. Jahrhundert) wohl für geeignet hielt, eine solche Reise anzutreten. Die Schülerinnen und Schüler erhalten einen Textausschnitt aus Keplers "Traum" als Datei. Darin sollen sie mit verschiedenen Farben Antworten auf folgende Fragen markieren (eventuell Tafelanschrift oder Overhead-Folie): 1. Wie weit ist das Ziel der Reise, der Mond (=Insel Levania) entfernt? 2. Welche Forderungen stellt Kepler an die körperliche Kondition der Reisenden? 3. Wie ist der Reiseproviant (die Nahrung) der Mondfahrer beschaffen? 4. Welche Erfahrungen sollten die Reisenden mitbringen? 5. Warum erscheinen die Spanier als besonders geeignet für eine solche Fahrt? In einem zweiten Schritt recherchieren die Lernenden im Internet die Anforderungen an heutige Astronauten und setzen diese in Beziehung zu den Vorstellungen Keplers. Die Schülerinnen und Schüler tragen ihre Rechercheergebnisse in die Tabelle der vorbereiteten Datei ein und drucken anschließend dieses Arbeitsblatt als Ergebnissicherung aus. Ein kleiner Multiple-Choice-Test (2_keplers_traum_test.zip) dient der Wiederholung und Sicherung der in der Stunde erarbeiteten Inhalte. Motivation Eine allegorische Abbildung des Mondes (3_keplers_traum_AB_mondgeographie.pdf, Seite 1) aus dem mittelalterlichen Hausbuch von Schloss Wolfegg, entstanden im Zeitraum von 1470-1490, dient als motivierender Einstieg. Die Abbildung des Mondes in der allegorischen Darstellung soll zu der Frage führen, wie man sich im ausgehenden Mittelalter die Beschaffenheit des Mondes vorgestellt hat: Er ist rund, zeigt Phasen und seine Oberfläche kann als Gesicht gedeutet werden. Dazu kann ein Auszug aus der dazugehörigen Beschreibung kurz besprochen werden (3_keplers_traum_AB_mondgeographie.pdf, Seite 2). Die Abbildung und der Textauszug werden auf eine Overhead-Folie kopiert, im Klassenzimmer projiziert und besprochen. Alternativ können Bild und Text im Internet aufgesucht werden. Zum besseren Verständnis sollte der Text von der Lehrkraft vorgelesen werden. Da sich die zeitgenössische, noch nicht normierte Rechtschreibung an der Aussprache orientiert, erleichtert das Hören das Verstehen des Textes. Hausbuch (Schloss Wolfegg) Wikipedia-Beitrag Planeten und Planetenkinder - Abbildung der Handschrift Text bei Wikisource allegorische Abbildung des Mondes von Schloss Wolfegg Grafik bei Wikisource Problematisierung In einer allegorischen Darstellung geht es nicht um realistische Wiedergabe, sondern um die Deutung eines Phänomens. Zu welchen Aussagen über den Mond könnte Kepler im Jahr 1609 kommen? Die Schülerinnen und Schüler erhalten einen Auszug aus Keplers "Traum" (3_keplers_traum_AB_mondgeographie.pdf, Seite 3 und folgende). In dem kurzen Abschnitt sind viele unbekannte Begriffe enthalten, die sie mithilfe der beigefügten Anmerkungen erklären sollen. Ziel ist, durch die eigenständige Formulierung treffender Definitionen das Verstehen zu fördern. Die Lernenden erhalten ein Arbeitsblatt mit einer Abbildung aus Keplers Traum (3_keplers_traum_AB_mondgeographie.pdf, Seite 4). Darauf sollen sie die geographischen Fachbegriffe, die sie vorher definiert haben, eintragen. Nicht alle Fachbegriffe kommen dabei zur Verwendung. Hintergrund Schon in der Antike deutete man verschiedene Flecken auf dem Vollmond als "Mondgesicht" (zum Beispiel Plutarch [circa 45-125 n. Chr.]: De facie in orbe lunae). So entstand vermutlich die Annahme, der Mond sei bewohnt und es könnten dort Menschen oder Tiere leben. Auch religiöse Darstellungen griffen auf diese Mythen zurück. Albrecht Dürer stellte die Gottesmutter mit dem Jesuskind auf einer Mondsichel sitzend dar. In den verschiedensten Gattungen (zum Beispiel Märchen, Kinderlied, Operette) werden Mondbewohner unterstellt. So hat auch Johannes Kepler in seinem "Somnium" versucht, Mondbewohner zu beschreiben. Mondgesicht.jpeg Wikipedia: Mögliche Deutungen der Flecken auf dem Mond als Gesicht und andere Formen Dürer-Madonna auf der Mondsichel Wikimedia Commons Medienarchiv Motivation Eine Overhead-Folie (4_keplers_traum_AB_1_lebewesen.pdf) mit verschiedenen Abbildungen vom Mond, die eine Bewohnbarkeit oder Lebendigkeit des Mondes unterstellen, wird im Klassenzimmer projiziert und kurz besprochen. Problematisierung Während man heute weiß, dass der Mond eine lebensfeindliche, unbewohnbare Umgebung ist, machte sich Kepler in gewisser Weise logische Gedanken über mögliche Mondbewohner. Deren Merkmale sollen anhand eines Textauszugs aus Keplers "Somnium" herausgearbeitet werden (4_keplers_traum_AB_2_lebewesen.pdf). "Steckbrief" eines Mondbewohners Die Schülerinnen und Schüler bekommen einen Textauszug aus Keplers "Somnium" und erstellen mit den darin enthaltenen Angaben einen "Steckbrief" eines Mondbewohners. Definition und Beispiele für Steckbriefe gibt es zum Beispiel bei Wikipedia. Eine Vorlage ist auch im Arbeitsblatt "4_keplers_traum_AB_1_lebewesen.pdf" zu finden (Seite 4 und folgende). Steckbrief Wikipedia-Beitrag Das Märchen vom Mann im Mond Wenn noch Zeit bleibt, können folgende Materialien herangezogen werden: Ludwig Bechsteins "Märchen vom Mann im Mond", ist eigentlich eine Sage, die die Mondflecken in Gestalt eines Holz tragenden Männchens im Vollmond erklärt. Dies sollte als "wahrer Kern" der Geschichte erkannt werden. In der Datei "4_keplers_traum_AB_1_lebewesen" ist der Text in zwei Druckversionen enthalten: Einmal in der Frakturschrift der Bechsteinausgabe von 1847 und einmal in moderner Schrift. Auch auf die Operette "Frau Luna" von Paul Lincke sei hingewiesen. Die Handlung dieses Musikstücks erhebt keinerlei wissenschaftlichen Anspruch, geht aber selbstverständlich von der Existenz von Mondbewohnern aus. Wikipedia: Mondgesicht.jpeg Mögliche Deutungen der "Flecken" auf dem Mond als Gesicht oder andere Formen Bechstein, Ludwig Gesammelte Werke, herausgegeben von Bernhard Fabian und anderen, Hildesheim 2003. Nachdruck der Ausgabe Leipzig 1845, Seite 117; im Internet bei Google books Günther, Ludwig Keplers Traum vom Mond. Leipzig 1898, Seite 19-21 Hintergrund Träume scheinen schon immer einen Bezug der Menschen zum Himmel und dessen Gestirnen hergestellt zu haben. So gibt es bereits in der Bibel mehrere Textbelege dafür, dass die Beobachtung des Himmels Einfluss auf das irdische Leben nehmen kann. Erwähnt sei zum Beispiel der Traum Josefs, dass sich Sonne, Mond und elf Sterne vor ihm verneigen (Gen 37,9). Noch bekannter ist Jakobs Traum von der Himmelsleiter (Gen 28,10-19). Motivation Für den Einstig kann eine Abbildung des Traums Jakobs von der Himmelsleiter verwendet werden (5_keplers_traum_AB_1_jakobs_traum.pdf). Weitere Abbildungen und Erklärungen finden Sie auf der folgenden Webseite: Allegorieseminar Wiki: Leitern und Stufen E-Learning-Baukasten der ETH und Universität Zürich Problematisierung Es gibt mehrere literarische Beispiele, in denen Menschen vom Himmel beziehungsweise von Gestirnen träumen. Jedoch sind für das richtige Textverständnis jeweils die Art des Textes, seine Entstehung und seine Aussageabsicht zu berücksichtigen. Die Lernenden vergleichen den biblischen Texte mit Keplers "Somnium" (5_keplers_traum_AB_2_jakobs_traum.pdf). Dabei sind Vorkenntnisse aus dem Religionsunterricht (in Bayern der 5./6. Jahrgangsstufe) und der zuvor skizzierten vorhergehenden Unterrichtsstunden hilfreich und notwendig. Biblische und wissenschaftliche Träume Im abschließenden Unterrichtsgespräch kann ein Tafelbild mit dem Titel "Biblische und wissenschaftliche Träume" (Tab. 2) entwickelt werden. Tab. 2: Mögliches Tafelbild Jakobs Traum von der Himmelsleiter (Gen 28,10-19) Johannes Keplers Traum oder die Astronomie des Mondes Autor mit religiöser Absicht: Erbauung der Leser Autor mit wissenschaftlicher Absicht: Unterrichtung beziehungsweise Erkenntnis Traum als Medium übernatürlicher Offenbarung Traum als Kunstgriff, reine Spekulation wissenschaftlich zu verkleiden Bildhafte Sprache: Leiter als Symbol der Verbindung Sachliche Sprache: Astronomische und geographische Fachbegriffe, Daten und Fakten Wirkung ist die Bestärkung im Glauben, dass Gott den Menschen nicht im Stich lässt. Wirkung ist die Faszination von nicht überprüfbaren, aber wahrscheinlichen Hypothesen (Science Fiktion). In ähnlicher Weise lässt sich auch Jean Pauls "Rede des toten Christus vom Weltgebäude herab, dass kein Gott sei" im Unterricht aufarbeiten. Auch dieser Text ist stark religiös motiviert. Er beschreibt den Weltuntergang, der sich jedoch am Ende als böser Traum herausstellt. Rede des toten Christus vom Weltgebäude herab, dass kein Gott sei Spiegel Online, Projekt Gutenberg-DE Hintergrund In vielen antiken Mythen werden Himmel und Gestirne nicht nur als von göttlichen Lebewesen bevölkert, sondern selbst als Körper von Göttern gesehen. Erst durch den Schöpfungsglauben der Bibel fand eine radikale Entmythologisierung statt, in der streng zwischen dem einen Schöpfergott und der Welt als dessen Geschöpf unterschieden wurde. Während also in der biblisch-christlichen Kultur die Welt als Sache betrachtet wurde, sind Vorstellungen von der Belebtheit des Himmels aus heidnischen, vor- und außerchristlichen Mythen in Teilen erhalten geblieben. Der so genannte Unicode-Zeichensatz von Computerschriften enthält auch Planetensymbole (6_keplers_traum_planetensymbole.rtf). Diese Symbole werden - zunächst ohne Erklärung! - im Klassenzimmer projiziert. Eine entsprechende Kopiervorlage für eine Overhead-Folie enthält das Arbeitsblatt (6_keplers_traum_AB_weltbilder.pdf, Seite 1). Dazu werden folgende Fragen gestellt: Wer kennt diese Symbole und weiß, was sie bedeuten? Warum wurden für die Planeten Namen römischer Götter verwendet? (Man sah sie als Manifestationen göttlicher Mächte an.) Problematisierung Bei der Entwicklung von der Vorstellung eines belebten Himmels zu einem unbelebten Kosmos spielte die Religion der Menschen eine bedeutende Rolle. Anhand einiger exemplarischer Texte sollen wesentliche Stationen dieser Entwicklung nachgezeichnet werden. Die Schülerinnen und Schüler erhalten das Textblatt (Seite 4 des Arbeitsblatts). Sie sollen die Texte genau studieren und folgende, an der Tafel notierte Begriffe den Texten zuordnen (siehe Kasten). Als Lernzielsicherung wird Seite 3 des Arbeitsblatts gemeinsam ausgefüllt (Lösungsvorschlag Seite 5). Dabei sollen auch die bildlichen Darstellungen erklärt werden. Wenn noch Zeit bleibt, kann die Abbildung des Schöpfungsbildes aus der Lutherbibel betrachtet und besprochen werden.

Naturphilosoph, Theologe, Mathematiker, Astronom, Astrologe und Optiker – Johannes Kepler (1571-1639) war eine vielseitige Persönlichkeit, kam viel herum und erlebte in unruhigen Zeiten die Hexenverfolgung und den Dreißigjährigen Krieg. Im Jahr 1609 veröffentlichte er das berühmte Werk "Astronomia Nova" und trug so wesentlich zum Beginn der neuzeitlichen Astronomie bei. "Dieser Mensch hat in jeder Hinsicht eine Hundenatur. Er ist wie ein verwöhntes, gezähmtes Hündchen. [...] Er erforscht von sich aus alles in den Wissenschaften, in der Politik, im Hauswesen auch die nichtigsten Tätigkeiten. Er ist in ständiger Bewegung und verfolgt alle möglichen Leute, die alles Mögliche tun, indem er dasselbe tut und denkt. Er ist ungeduldig im Gespräch und grüßt die, die häufig ins Haus kommen, nicht anders als ein Hund. Sobald ihm jemand das Geringste entreißt, knurrt er, wird heiß, wie ein Hund. [...] Er ist auch bissig, hat beißende Witzwörter parat. [...] Nun muss auch über jene Gefühle und Charakterzüge gesprochen werden, wegen der er in einigem Ansehen steht, wie Redlichkeit, Gläubigkeit, Treue, Rechtschaffenheit, feiner Geschmack ... " - so schreibt der 26-jährige Johannes Kepler im Jahr 1597 über sich selbst. Noch hat er seine großen Werke vor sich, aber schon damals sind der Wissensdrang und die innere Unruhe typische Eigenschaft des Wissenschaftlers, dessen Entdeckungen das Bild der modernen Astronomie wesentlich geprägt haben. Kepler und der Beginn neuzeitlicher Astronomie Im Internationalen Jahr der Astronomie 2009 sollte sich auch der Geschichtsunterricht der Astronomie zuwenden, da ein bedeutendes wissenschaftsgeschichtliches Jubiläum zu begehen ist: Vor 400 Jahren veröffentlichte Kepler sein berühmtes Werk "Astronomia Nova" mit dem Ersten und Zweiten Gesetz der Planetenbewegung. Ebenfalls 1609 machte Galileo Galilei (1564-1642) seine berühmten Fernrohrbeobachtungen. Daher gilt 1609 als der Beginn der neuzeitlichen Astronomie, die das damalige Weltbild erschütterte und uns auch heute immer wieder überrascht. Internetrecherche Bei der Internetrecherche auf vorgegebenen Webseiten kommen die Schülerinnen und Schüler von allgemeinen zu jeweils spezielleren Aspekten, die die Besonderheiten der Zeitumstände und des Lebens von Johannes Kepler verdeutlichen sollen. Die Schülerinnen und Schüler müssen auf den Webseiten eigenständig recherchieren, um zu den Ergebnissen zu kommen. Es empfiehlt sich dabei die Lernenden in Kleingruppen arbeiten zu lassen (zwei bis vier Personen). Die Rechercheergebnisse sollen von den Schülerinnen und Schülern dokumentiert werden (schriftliche Fixierung, eventuell Dokumentation in Form einer Website). Selbstständige und ergebnisorientierte Arbeit Die Schülerinnen und Schüler sollen ergebnisorientiert arbeiten. Es ist nicht vorgesehen, dass die Lehrkraft Inhalte aufbereitet. Ein mögliches Eingreifen der Lehrperson beschränkt sich darauf, eventuelle Fehler der Schülerinnen und Schüler zu korrigieren oder ungenügende Darstellungen durch entsprechende Impulse aufzuwerten. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen das Leben und die Persönlichkeit des Astronomen Johannes Kepler kennen lernen. sich mit seinem Werk, insbesondere der "Astronomia nova" beschäftigen. Einblick erhalten in die besondere Zeitsituation, in die das letzte Lebensjahrzehnt Keplers fiel, die erste Dekade des Dreißigjährigen Kriegs. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen mit Computer und Internet Rechercheaufgaben zu Johannes Kepler bearbeiten. Textarbeit am Bildschirm zielgerichtet erproben. Online-Kartenmaterial (Google-Maps) nutzen können. Thema Johannes Kepler und seine Zeit Autor Stefan Schuch Fächer Geschichte, Physik, Astronomie Zielgruppe Klasse 9 bis Jahrgangstufe 12 Zeitraum 2 Stunden Technische Voraussetzungen je ein Computer mit Internetzugang für zwei Personen

Mithilfe von Fotografien des Mondes werden über die beobachteten Schattenlängen die Höhen von Kraterwänden und Mondbergen berechnet. Mit der Ausstattung der Schulsternwarte (Cassegrain Spiegelteleskop, Camcorder) und der Software RegiStax und iMerge (beide kostenfrei) wurde ein detailreiches Bild der Mondoberfläche erstellt. Eine Bildbearbeitungssoftware (hier Adobe Photoshop) wurde genutzt, um daraus eine farbige Darstellung der Mondoberfläche zu erzeugen, die die Verteilung verschiedener Gesteinstypen erkennen lässt. Aus den Schattenlängen auf der Oberfläche und den Positionsdaten von Sonne, Erde und Mond zum Zeitpunkt der Aufnahmen wurden die Höhen von Kraterwänden und Zentralgebirgen bestimmt. Von dem Krater Theophilus wurde zudem - basierend auf den berechneten Daten und Fotos - ein dreidimensionales Modell gebaut. Zum mathematischen Rüstzeug für das Projekt gehören Kenntnisse aus dem Bereich der Trigonometrie und das Rechnen mit Zehnerpotenzen. Hintergrundinformationen, Software, Materialien und Ergebnisse Der Mond als Beobachtungsobjekt Unser Nachbar ist aus vielerlei Gründen ein dankbares Objekt für astronomische Streifzüge. Einsatz von RegiStax, iMerge und Photoshop Aus den Einzelbildern eines Films wird ein hoch auflösendes und farbiges Mondbild erzeugt. Daten, Berechnungen, Ergebnisse Fotos und Berechnungen dienen als Grundlage eines 3D-Kratermodells. Arbeitschritte und Zeitaufwand Das hier vorgestellte Projekt wurde von zwei Schülern mit Unterstützung der Lehrkraft im Rahmen des Freifachs Astronomie am Grazer Kepler-Gymnasium durchgeführt und mit dem Förderpreis der Kepler Gesellschaft ausgezeichnet (2006, zweiter Platz). Der Zeitaufwand für die einzelnen Arbeitsschritte: Aufnahme der Mondbilder Für die Videoaufnahmen der Mondes (in unserm Fall 91 Ausschnitte der Oberfläche) benötigt man als erfahrener Astrofotograf etwa fünf Stunden. Alle Aufnahmen müssen unbedingt an einem Abend gemacht werden! Bearbeitung der Einzelvideos Für die Bearbeitung der Mondbilder aus einem Einzelvideo mit RegiStax sind etwa 30 Minuten zu veranschlagen. In unserem Projekt (91 Einzelvideos) betrug der Gesamtzeitaufwand für diesen Arbeitsschritt somit etwa 45 bis 46 Stunden. Montage der Einzelbilder Für das Zusammenfügen der 91 Einzelbilder zum Gesamtbild des Mondes mit iMerge und der Bildnachbearbeitung benötigen wir acht bis neun Stunden. Messungen und Berechnungen Die für die Berechnungen notwendige Erarbeitung der Theorie nahm uns über einige Wochen in Anspruch. Mithilfe der von uns verfassten detaillierten Dokumentation sollten vier Stunden für die Berechnungen der Daten eines Kraters ausreichen. Modellierung des Kratermodells Die Modellierung und Bemalung des Modells nimmt etwa zwei Stunden in Anspruch. Die Schülerinnen und Schüler sollen mithilfe geeigneter Bildbearbeitungssoftware aus Videosequenzen ein hoch auflösendes Bild der Mondoberfläche erzeugen. aus Schattenlängen und den Positionsdaten der Himmelskörper die Höhe von Kraterwänden bestimmen und ein maßstabsgetreues Kratermodell bauen. Thema Höhenberechnung von Kraterwänden des Mondes Autoren Florian Mikulik, Florian Andritsch Fach Astronomie, Mathematik Zielgruppe Astronomie-AGs, Schülerinnen und Schüler ab Jahrgangsstufe 11 Zeitraum Das Projekt wurde über einen Zeitraum von drei Monaten durchgeführt (Zeitaufwand für die einzelnen Arbeitsschritte siehe unten). Technische Voraussetzungen Teleskop (hier Cassegrain Spiegelteleskop, Öffnung 12,5 Zoll/32 Zentimeter, Brennweite 476 Zentimeter), Camcorder oder Webcam mit Adapter; Software: RegiStax , Bildbearbeitungsprogramm (hier Adobe Photoshop), Astronomiesoftware (GUIDE 8.0 oder als kostenfreie Alternative Virtual Moon Atlas ). Florian Andritsch hat als Schüler mehrfach an nationalen und internationalen Physik- und Mathematik-Wettbewerben teilgenommen. Zurzeit studiert er Physik und Mathematik an der ETH-Zürich. Sein Hauptinteresse gilt dabei der Relativitätstheorie und der Kosmologie. Bernd Lackner ist Lehrer für Physik und Mathemathik am Grazer Kepler-Gymnasium und hat das hier vorgestellte Projekt im Rahmen des Freifachs Astronomie betreut. Aufgrund seiner geringen Entfernung zur Erde kann man sich bereits mit "leichtem Gerät" wie einem Fernglas oder einem kleinen Teleskop ein Bild von Kratern und Gebirgen sowie den großen "Meeren" verschaffen. Da der Mond ein sehr helles Objekt ist, können bei seiner Beobachtung hohe Vergrößerungen genutzt werden. Die Lichtverschmutzung macht sich wegen der Helligkeit des Objektes nicht bemerkbar, so dass der Mond auch in Städten gut zu beobachten ist. Gegenüber vielen weiteren Himmelsobjekten hat der Erdtrabant zudem den großen Vorteil, dass er das ganze Jahr über zu sehen ist - Neumondnächte ausgenommen. Eine Beobachtung um die Zeit des Vollmondes ist nicht zu empfehlen. Da die Sonne dann in fast rechtem Winkel auf die Oberfläche trifft, sind die Schatten sehr kurz und selbst markante Strukturen wirken flach. Schöne Beobachtungen kann man an der Licht-Schattengrenze machen, da hier die von den Formationen geworfenen Schatten sehr lang sind und der Oberfläche ein eindrucksvolles Profil verleihen. Mit einem größeren Teleskop und der Möglichkeit zur Astrofotografie gelingen Aufnahmen der Mondoberfläche, auf denen Details wie kleine Rillen oder Gebirgsketten sehr gut zu erkennen sind. Wir verwendeten für unsere Aufnahmen das Cassegrain Spiegelteleskop der Schulsternwarte (Öffnung 12,5 Zoll/32 Zentimeter, Brennweite 476 Zentimeter). Die Videosequenzen wurden mit einem Camcorder aufgenommen (Abb. 1). Prinzipiell kann auch eine handelsübliche Webcam mit Adapter verwendet werden. Luftunruhen können die Bildschärfe deutlich reduzieren. Dieser Effekt lässt sich durch bildtechnische Verfahren ausschalten: Man filmt einen Teil der Mondoberfläche und legt die Einzelbilder der Sequenz mithilfe eines Computerprogramms übereinander ("Stapeln" von Bildern). Entsprechende Software, wie zum Beispiel RegiStax, erzeugt aus den vielen Bildern dann ein scharfes Endergebnis. Zuerst werden die Bitmap-Sequenzen (BMP) geöffnet. Dann wird eine möglichst kontrastreiche Formation gewählt, wobei die Auswahlfelder "Color" und "LRGB" sowie "FFT" und "Graph" aktiviert sind. Die "Processing-Area" wird dimensioniert (in unserem Fall auf 1.024 Pixel). Die Größe der "Alignmentbox" (64 Pixel) und die "Lowest Quality" (50 Prozent) werden festgelegt. Anschließend werden die Funktionen "Align" und "Limit" ausgeführt. Um ein optimales Bild zu erhalten, wird einen "Reference Frame" erzeugt, wobei jedes Mal fünf Bilder berücksichtigt werden. Dann wird die Funktion "Continue" ausgeführt und die "Search Area" eingestellt (vier Pixel). Nun wird der Arbeitsschritt "Optimize" eingeleitet. Dieser nimmt etwas Zeit in Anspruch. Danach wird in der oberen Menüleiste die Kategorie "Stack" gewählt. An den Feineinstellungen nehmen wir an dieser Stelle keine Veränderungen vor. Jetzt wird das Endergebnis abgewartet. Wir wechseln in die Menüauswahl "Wavelet" und können das fertige Bild betrachten. Um noch weitere Details hervorzulocken, werden wir die Schieberegler der ersten beiden Filter verstellt (in unserem Fall auf 4,0 für den 1:1-Filter und 2,0 für den der 1:2-Filter). Nun ist das Bild fertig und wird per "Save Image" gespeichert. Bildränder wegschneiden - "Feathering" Da die Bilder aus RegiStax einen ungenauen Bildrand haben, kann man diesen mit der Funktion "Feathering" wegschneiden. Unter dem Menüpunkt "View/Settings" werden dazu "Feather margin" und "Feather trim" eingestellt (bei unseren Bildern liegt der "Feather margin"-Wert bei 170 und der "Feather trim"-Wert bei 13). "Autobrighten" und "Monochrome" Ist die Funktion "Autobrighten" aktiviert, werden die Bilder, die man übereinander legt, automatisch in ihrer Helligkeit korrigiert. In unserem Fall ist Autobrighten jedoch deaktiviert, da - bedingt durch die Aufnahmetechnik und das Aufnahmeobjekt - die Helligkeit der Bilder bereits korrekt ist. Eine automatische Helligkeitskorrektur würde zudem den dunkleren Terminator (die Licht-Schattengrenze) der Helligkeit der restlichen Mondoberfläche angleichen. Ist "Monochrome" aktiviert, wird das Bild in Graustufen gespeichert. Bei unserem Bild ist diese Einstellung im Prinzip bedeutungslos, weil der Mond im Wesentlichen nur grau ist. Um die schwachen Farbinformationen später jedoch verstärken und so ein farbiges Bild erzeugen zu können, das die Verteilung verschiedener Gesteinsarten auf der Mondoberfläche erkennen lässt, muss das Bild im Farbmodus gespeichert werden. Allgemeine Hinweise Fotos von der Mondoberfläche enthalten schwache Farbinformationen - von Blau über Grün und Gelb bis hin zu Rot kann man nahezu alle Farben finden. Diese Informationen können für die Darstellung der Verteilung verschiedener Gesteinsarten an der Mondoberfläche genutzt werden. Um diese Informationen "herauszukitzeln" haben wird die Farbsättigung des Mondbildes mit der Software Adobe Photoshop erhöht und leichte Änderungen an der Farbbalance vorgenommen. Da das Bild durch diese Manipulationen an Schärfe verliert, ist es notwendig, über das farbige Ergebnis noch einmal das Originalbild zu legen. So werden die Kontrastwerte des Originals mit den Farbwerten des bearbeiteten Bildes kombiniert und man erhält einen ungewohnt farbenfrohen Mond, der einen guten Überblick über die verschiedenen Bodengesteine und ihre Formationen bietet (Abb. 4, zur Vergrößerung anklicken). Blaue Gebiete sind sehr titanhaltig, während orange und violette Farben auf Gesteine hinweisen, die relativ arm an Titan und Eisen sind. Die zum gewünschten Ergebnis führende Vorgehensweise hängt sehr stark von dem für die Aufnahmen verwendeten Teleskop ab. Zur Einstellung der optimalen Farbsättigung und Farbbalance muss man mit den Werten etwas experimentieren. Die Bildbearbeitung erfolgt in drei Schritten: Bearbeiten des Tonwert-Histogramms Anpassen der Farbsättigung Veränderung der Farbbalance Beispiel Theophilus Die für die Berechnungen erforderlichen Daten zu den Positionen von Erde, Mond und Sonne zum Zeitpunkt der Aufnahmen wurden dem Programm "Guide 8.0" entnommen. Eine kostenfreie Alternative bietet der "Virtual Moon Atlas" (siehe Links und Literatur zum Thema ). Erläuterungen und Grafiken zu den Rechenwegen sowie sämtliche Ergebnisse finden Sie in der Datei "mondberge.pdf". Hier ein Beispiel: Die Höhe der Wand des Kraters Theophilus (Abb. 5), vom Kraterboden aus gemessen, wurde mit 4.483 Metern berechnet (beobachtete Schattenlänge: 28.413 Meter). Für die Höhe des Zentralgebirges bestimmten wir einen Wert von 1950 Metern (Schattenlänge: 14.400 Meter). Unsere Ergebnisse stimmen mit den Literaturwerten überein: So liegen die Angaben für die Höhe des Kraters Theophilus in verschiedenen Quellen zwischen 4.300 bis 4.500 Metern (Mondatlas, Antonin Rükl, Dausien Verlag; Virtual Moon Atlas). Um nicht bei jedem Krater die komplette Rechenoperationen auf dem "Fußweg" durchführen zu müssen, haben wir eine Excel-Tabelle erstellt (mondberge.xls), in die wir unsere Daten nur noch eintragen mussten, um verschiedene Formationen berechnen zulassen (Abb. 6, Platzhalter bitte anklicken). Die Erstellung der Tabelle beanspruchte viel Zeit, weil lange Formeln schnell unübersichtlich werden können und es dann sehr schwierig ist, Fehler zu finden und auszubessern. Erschwerend kam noch hinzu, dass Excel den Sinus eines Winkels nicht direkt berechnen kann, sondern der Winkel zuerst in den Radiant umgewandelt werden muss. Später erkannten wir, dass Excel eine Funktion zum Umwandeln von Winkel in Bogenmaß zur Verfügung stellt, was uns die Erstellung der Tabelle erheblich erleichterte [BOGENMASS(?)]. 3D-Modell des Theophilus Unsere Daten nutzten wir als Grundlage für die Erstellung eines maßstabsgetreuen Modells des Kraters Theophilus, um so die Proportionen von Kraterwänden, Zentralberg und Kraterdurchmesser erlebbar zu machen (Abb. 7). Mithilfe einer handelsüblichen Modelliermasse formten wir zuerst einen kreisförmigen Block und ritzten in diesen mit einem Holzstäbchen die Umrisse des Kraters ein. Theophilus hat einen Durchmesser von etwa 100 Kilometern, das Modell einen Durchmesser von 15 Zentimetern. Somit entsprechen der Höhe der Kraterwände von etwa vier Kilometern in unserem Modell etwa sechs Millimeter. Nun entfernten wir aus der Mitte des Blocks die überflüssige Masse und bildeten so die Kraterwände. Abschließend wurde noch das Zentralgebirge geformt und platziert. Um eine originalgetreue Färbung zu erzielen wurde der Krater mit Wasserfarbe bemalt. Schattenwirkungen am Modell Das Modell ermöglichte uns die Simulation verschiedener Mondphasen am Krater. Dazu wurde es auf ein höhenverstellbares Stativ platziert, so dass der Krater stufenlos in andere Positionen gebracht werden konnte. Als Lichtquelle verwendeten wir eine Kohleelektroden-Lampe, die einen recht punktförmigen Lichtbogen und somit einen scharfen Schatten erzeugt. Besonders beeindruckend ist der Moment, in dem fast der ganze Krater im Schatten liegt und nur die Spitze des Zentralgebirges angestrahlt wird (Abb. 8, oben). Außerdem haben wir das Modell aus einer Position fotografiert, aus der man den Krater betrachten könnte, wenn man auf seinem Rand stehen oder mit einem Raumschiff knapp darüber hinweg fliegen würde (Abb. 8, unten). J. W. Ekrutt Höhenmessung auf der Mondoberfläche, Sterne und Weltraum 1968 (10), Seiten 259-260

Auf dieser Seite haben wir Informationen und Anregungen für Ihren Astronomie- und Physik-Unterricht zum Thema Optik für Sie zusammengestellt. Die Optik (vom griech. opticos – "das Sehen betreffend") beschäftigt sich als Teilgebiet der Physik mit dem aus Photonen bestehenden Licht. Photonen werden gemäß dem Welle-Teilchen-Dualismus auch als Lichtteilchen bezeichnet, die je nach Beobachtung Teilcheneigenschaften oder Welleneigenschaften aufweisen können – man unterscheidet deshalb zwischen der geometrischen Optik und der Wellenoptik . Geometrische Optik In der geometrischen Optik wird Licht durch idealisierte (geradlinig gedachte) Lichtstrahlen angenähert. Dabei lässt sich der Weg des Lichtes (zum Beispiel durch optische Instrumente wie Lupe, Mikroskop, Teleskop, Brillen oder auch durch die Reflexion des Lichtes an einem Spiegel) durch Verfolgen des Strahlenverlaufes konstruieren; man spricht in diesem Zusammenhang auch von Strahlenoptik . Die dazu notwendigen Abbildungsgleichungen oder Linsengleichungen ermöglichen es, zum Beispiel den Brennpunkt einer optischen Linse zu bestimmen. Analog dazu kann auch die Brechung des Lichtes – beispielsweise durch eine Prisma – und die Aufspaltung in seine sichtbaren Anteile von violett bis rot ( Regenbogen-Farben ) mittels des Snelliu'schen Brechungsgesetzes beschrieben werden. Wellenoptik Die Wellenoptik beschäftigt sich mit der Wellennatur des Lichtes – dabei werde diejenigen Phänomene beschrieben, die durch die geometrische Optik nicht erklärt werden können. Bedeutende Elemente der Wellenoptik sind die Interferenz von sich überlagernden Wellenfronten, die Beugung beim Durchgang von Licht durch sehr kleine Spalten oder Kanten oder die Streuung von Licht an kleinen Partikeln, die in einem Volumen verteilt sind, die das Licht gerade durchdringt. Zudem kann die Wellenoptik auch Effekte beschreiben, die von der Wellenlänge des Lichtes bestimmt sind – man spricht in diesem Zusammenhang auch von Dispersion. Die häufig gestellte Frage "Warum ist der Himmel blau?" kann in diesem Zusammenhang erklärt werden. Oberflächlich auftretende Phänomene wie die Abgabe von Licht ( Lichtemission ) und die Aufnahme von Licht ( Lichtabsorption ) werden weitestgehend der Atom- und Quantenphysik (auch unter dem Begriff Quantenoptik ) zugeordnet. Die für den Unterricht an Schulen notwendigen Gesetze der Optik betreffen hingegen in erster Linie die Ausbreitung des Lichtes und sein Verhalten beim Durchqueren durchsichtiger Körper . Die hier vorgestellte Lerneinheit erläutert die Funktionsweise eines Satelliten, der das von der Erdoberfläche reflektierte Licht zur Bildaufnahme nutzt und dabei auch Wellenlängen jenseits des sichtbaren Lichts einbezieht. Zusätzlich zum Verständnis der physikalischen Inhalte lernen die Schülerinnen und Schüler auf diese Weise auch Aspekte der Fernerkundung kennen. Eine "Vermittlerfigur" in Form eines virtuellen Professors begleitet die Lernenden bei der Erforschung des elektromagnetischen Spektrums. Das Projekt FIS des Geographischen Institutes der Universität Bonn beschäftigt sich mit den Möglichkeiten zur Einbindung des vielfältigen Wirtschafts- und Forschungszweiges der Satellitenfernerkundung in den naturwissenschaftlichen Unterricht der Sekundarstufen I und II. Dabei entstehen neben klassischen Materialien auch Anwendungen für den computergestützten Unterricht. Die Schülerinnen und Schüler sollen Reflexionseigenschaften unterschiedlicher Objekte kennen lernen. die Begriffe "Reflexion" und "Absorption" erklären und unterscheiden können. den Zusammenhang zwischen Objektfarbe und Reflexionseigenschaften erklären können. das elektromagnetische Spektrum kennen und verstehen, dass es neben dem sichtbaren Licht noch andere Wellenlängenbereiche gibt. die Grundlagen der Umwandlung der Reflexionswerte in Bildinformationen beschreiben können. die Entstehung von Falschfarbenbildern beschreiben können. Thema Dem Unsichtbaren auf der Spur: was sieht ein Satellit? Autoren Dr. Roland Goetzke, Henryk Hodam, Dr. Kerstin Voß Fach Physik Zielgruppe Klasse 7 Zeitraum 3-4 Stunden Technische Ausstattung Adobe Flash-Player (kostenloser Download) Planung Dem Unsichtbaren auf der Spur Die Unterrichtseinheit "Dem Unsichtbaren auf der Spur" beschäftigt sich mit dem Themenkomplex Optik und geht dabei vor allem auf Reflexion, Absorption und die Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums ein. Durch den Bezug zur Satellitenbildfernerkundung werden diese drei Bereiche miteinander verknüpft und ergänzt. Zunächst soll an einem einfachen Beispiel die Charakterisierung verschiedener Objekte hinsichtlich ihrer unterschiedlichen Reflexions- und Absorptionseigenschaften untersucht werden. Weiterführend soll das gesammelte Wissen auf den Satelliten übertragen werden, so dass die Funktionsweise eines Satelliten verstanden wird. Als dritter Punkt wird dann neben der Betrachtung des sichtbaren Lichts der erweiterte Bereich des elektromagnetischen Spektrums (infrarotes Licht) mit einbezogen. Ziel der Unterrichtseinheit ist es, Zusammenhänge zwischen elektromagnetischem Spektrum, Reflexion, Absorption sowie Aufnahme und Entstehung von Satellitenbildern zu verstehen. Aufbau des Computermoduls Das interaktive Modul gliedert sich in eine Einleitung und zwei darauf aufbauende Bereiche. Inhalte des Computermoduls Hier wird der Aufgabenteil mit den drei Bereichen Einleitung, Satellit und "Unsichtbares" Licht genauer beschrieben. Henryk Hodam studierte Geographie an der Universität Göttingen. In seiner Diplomarbeit setzte er sich bereits mit der didaktischen Vermittlung räumlicher Prozesse auseinander. Zurzeit arbeitet Herr Hodam als wissenschaftlicher Mitarbeiter im Projekt "Fernerkundung in Schulen". Dr. Kerstin Voß ist Akademische Rätin am Geographischen Institut der Universität Bonn und leitet das Projekt "Fernerkundung in Schulen". Sie studierte Geographie an der Universität Bonn und schloss ihre Dissertation 2005 im Bereich Fernerkundung ab. Die Schülerinnen und Schüler sollen mithilfe des Reflexionsgesetzes beschreiben können, wie ein Bild durch Reflexion am ebenen Spiegel entsteht. in der verwendeten GEONExT-Konstruktion die Elemente Einfallswinkel, Ausfallwinkel, Gegenstand und Bild zuordnen können. mithilfe des Arbeitsblattes ein einfaches Konstruktionsverfahren für die Bildentstehung am ebenen Spiegel erarbeiten. die Ergebnisse mit einem Bildbearbeitungsprogramm, zum Beispiel dem kostenlosen GIMP, dokumentieren. Thema Reflexion am ebenen Spiegel mit GEONExT Autor Dr. Karl Sarnow Fach Physik Zielgruppe Klasse 8 Zeitraum 1 Stunde Voraussetzungen idealerweise pro Schülerin oder Schüler ein Rechner; Internetbrowser, Java Runtime Environment , GEONExT (kostenloser Download aus dem Netz), Bildbearbeitungssoftware (zum Beispiel GIMP) Die Schülerinnen und Schüler können offline oder online mit dem HTML-Arbeitsblatt arbeiten, in das die GEONExT-Applikation eingebettet ist. Voraussetzung ist, dass auf den Rechnern die benötigte Java-Abspielumgebung installiert ist. Falls dies nicht der Fall ist, bleibt das GEONExT-Applet in der Online-Version des Arbeitsblattes (siehe Internetadresse) für Sie unsichtbar. Mithilfe des Screenshots (Abb. 1, Platzhalter bitte anklicken) können sich aber auch (Noch-)Nicht-GEONExTler einen Eindruck von dem Applet machen. Bereits Philosophen der Antike wie Empedokles (494-434 v. Chr.), Aristoteles (384-322 v. Chr.) und Heron von Alexandria (zwischen 200 und 300 v. Chr.), stellten Überlegungen und Mutmaßungen zur Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit an. Johannes Kepler (1571-1630) und René Descartes (1596-1650) hielten die Lichtgeschwindigkeit für unendlich, erst Olaf Christensen Römer (1644-1710) gelang 1676 der Nachweis der Endlichkeit. Heute kann an vielen Schulen mit Demonstrationsexperimenten die immer noch faszinierende Frage nach der Geschwindigkeit des Lichts experimentell untersucht und beantwortet werden. Der Foucaultsche Drehspiegelversuch ist jedoch vorbereitungsaufwändig für die Lehrkraft und enttäuschend im beobachteten Effekt für die Schülerinnen und Schüler. Auf einer Messung der Phasenverschiebung eines modulierten Lichtsignals beruhende Versuche sind für Lernende nicht einfach zu verstehen. Das RCL "Lichtgeschwindigkeit" arbeitet daher mit einem modifizierten Leybold-Versuch nach der auch für Schülerinnen und Schüler der Sekundarstufe I verständlichen Laufzeitmethode von Lichtimpulsen. Darüber hinaus können die Lernenden anhand selbst durchgeführter Messungen die Lichtgeschwindigkeit bestimmen. Die Schülerinnen und Schüler sollen die Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit als messtechnisches Problem erkennen. mit dem RCL "Lichtgeschwindigkeit" Messungen nach der Laufzeitmethode durchführen. aus Strecke-Zeit-Messwertpaaren möglichst genau die Lichtgeschwindigkeit bestimmen und den Messfehler abschätzen. sich mit geeigneten Materialien und Kenntnissen aus der geometrischen Optik und Mechanik weitere Bestimmungsmethoden (Olaf Christensen Römer, Hippolyte Fizeau, Jean Bernard Léon Foucault) erarbeiten und vortragen. eine Vorstellung von der Bedeutung der Lichtgeschwindigkeit in der Physik gewinnen. Thema Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit Autor Sebastian Gröber Fach Physik Zielgruppe Sekundarstufe I (ab Klasse 10) und II Zeitraum Teil 1 für Sekundarstufe I oder II: 3 Stunden Teil 2 für Sekundarstufe II: 3 Stunden Technische Voraussetzungen Computer mit Internetzugang und Beamer Software Zeichenprogramm (zum Beispiel Paint) zur Auswertung des Oszilloskopbildes, Tabellenkalkulationsprogramm (zum Beispiel Excel) zur Auswertung der Messdaten

Das Computeralgebrasystem MuPAD dient im Rahmen einer fächerübergreifenden Projektarbeit als Werkzeug zur Veranschaulichung der Entstehung von Marsschleifen.Kenntnisse über den Aufbau des Sonnensystems gehören zum Allgemeinwissen. Jedoch: "Das Bekannte überhaupt ist darum, weil es be kannt ist, nicht er kannt" (G.W.F. Hegel). Mit dem Wissen über den Aufbau des Sonnensystems sollte auch ein Einblick in die Geschichte der Erkenntnis seines Aufbaus verbunden sein und der Weg zu dieser Erkenntnis nachvollzogen werden. Die hier angebotenen Unterrichtsmaterialien sind als mögliche Zusammenfassung der Ergebnisse eines entsprechenden fächerverbindenden Projekts (Mathematik, Astronomie, Geschichte) zu betrachten. Vorbemerkungen zum Thema In der Entdeckungsgeschichte des Aufbaus unseres Sonnensystems mussten die Fakten der Beobachtung astronomischer Abläufe verbunden werden mit der Beurteilung der Bedingtheiten der Beobachtung. Das heißt, mit der Beobachtung selbst musste der Beobachter in den Blick genommen werden. In den Worten des Nikolaus Kopernikus: "Alles, was am Fixsternhimmel an Bewegung erscheint, geht nicht von diesem selber, sondern von der Erde aus". Die Beobachtungsdaten der Planeten sind verwirrend: Mal bewegen sie sich auf Kreisbögen, mal wird ihre Bewegung langsamer oder schneller, mal kommen sie für kurze Zeit scheinbar ganz zum Stillstand, mal erscheinen sie weniger lichtstark, mal mehr - was auf starke Unterschiede in der Entfernung von der Erde hindeutet. Vor allem beim Mars, dem Nachbarplaneten der Erde, beschreiben die beobachteten Positionen einen deutlichen "Looping" (Marsschleife) am Firmament. Fächerübergreifende Aspekte Die Thematik verknüpft Bereiche aus den Fächern Mathematik, Physik und Geschichte. Sie hat darüber hinaus auch philosophische Bezüge und bietet sich daher für ein fächerübergreifendes projektorientiertes Vorgehen an. Allein aus den unterschiedlichen mit der Entwicklung des astronomischen Weltbilds verbundenen Biografien und modellhaften Vorstellungen ergibt sich eine Vielzahl von Referats- oder Facharbeitsthemen. Die Möglichkeiten eines vertieften Eindringens in die Thematik sind enorm - deswegen sind auch die Angaben zum Zeitbedarf der Unterrichtseinheit lediglich als vage Vorgabe zu verstehen. Voraussetzungen und Hinweise zum Einsatz der Materialien Informationen zu den Materialien zum Thema Planetenschleifen Die Schülerinnen und Schüler sollen Epizykloiden als Verkettung zweier Drehungen beschreiben und zur Simulation des Planetenmodells von Tycho Brahe einsetzen können (Mathematik). die Peilung des Mars von der Erde aus betrachtet mathematisch als Gleichung einer Gerade im Raum beschreiben können (Mathematik). die Kräfte erkennen, die die Bewegung der Planeten beeinflussen und die Auswirkung des Fehlens dieser Erkenntnis auf die astronomischen Vorstellungen vor Kepler und Newton beurteilen können (Physik). wesentliche Entwicklungen in der Ausformung unseres astronomischen Weltbilds kennen und zusammenfassend beschreiben können (Geschichte). Thema Marsschleifen - die Entdeckung der Himmelsmechanik Autor Rolf Monnerjahn Fächer Mathematik, Astronomie, Geschichte Zielgruppe je nach mathematischem "Tiefgang" Klasse 10 oder Jahrgangsstufe 11/12 Zeitraum etwa 6 Stunden, fächerübergreifende Projektarbeit Technische Voraussetzung Verfügbarkeit von MuPAD/MathWorks Zur vertiefenden Beschäftigung mit der Thematik sei vor allem verwiesen auf: David L. Goodstein, Judith R. Goodstein, "Feynmans verschollene Vorlesung, Die Bewegung der Planeten um die Sonne", München 1998 Jürgen Teichmann, "Wandel des Weltbildes", München 1983 Für die Durchführung der hier angeregten Projektarbeit müssen für den mathematischen Teil Grundkenntnisse im Umgang mit MuPAD vorhanden sein (Prozeduren, Vektoren, Sequenzgenerator beziehungsweise Zählschleife). Tipps und Anregungen zum Einsatz des CAS bietet das vom Autor dieser Unterrichtseinheit verfasste Buch "MuPAD im Mathematikunterricht" (Cornelsen, ISBN: 978-3-06-000089-0). Die drei in dem MuPAD-Notebook "marsschleifen.mn" aufgelisteten Programme/Befehlsabschnitte stellen für die wichtigsten Modelle der Astronomiegeschichte Simulationen zur Verfügung, die je nach unterrichtlichem Einsatz passiv aufgenommen oder (zum Beispiel in einem Mathematik-Leistungskurs im Rahmen der Analytischen Geometrie) von den Schülerinnen und Schülern selbst gestaltet werden können. Bei einer Durchführung der Unterrichtseinheit in Klasse 10 kann nicht auf den mathematischen Hintergrund der zweiten Simulation eingegangen werden, da für diese Methoden aus der Analytischen Geometrie benötigt werden. In jedem Fall leisten die Visualisierungen einen erheblichen Beitrag zur Steigerung des Vorstellungsvermögens. Sie zeigen, wie sich die Aufbereitung von Daten zur Grafik schrittweise aufbaut. wie astronomische Beobachtungen in der räumlichen Situation zu interpretieren sind. wie die Ableitung mathematisch unterschiedlicher Modelle aus Beobachtungsdaten in der grafischen Darstellung auf kleinem Maßstab zu kaum wahrnehmbaren Unterschieden führt, im astronomischen Maßstab aber überaus relevante Konsequenzen hat. Der in dem MuPAD-Notebook "marsschleifen.mn" dargestellte sachlogische und historische Abriss ist auf die elementaren Fakten reduziert - zum Beispiel wurde auf die Erwähnung des dritten Keplerschen Gesetzes völlig verzichtet. Damit wird der Priorität der Erkenntnis vor dem bloßen Kennen, der Priorität prozeduralen Wissens vor dem Faktenwissen Rechnung getragen. Die mathematischen Grundlagen und die Umsetzung mathematischer Beschreibungen in MuPAD-Kommandostrukturen werden in dem separaten Dokument "marsschleifen_mupad_befehle.pdf" dargestellt. Die Animation "animation_marszykloide.avi" veranschaulicht die Entstehung von Zykloiden des Mars nach dem Planetenmodell Tycho-Brahes. Für das Verständnis der Simulation sei verwiesen auf die Lehrer-Online-Unterrichtseinheit Bewegte Drehungen ? Zykloiden . Mehr als zwei Jahrtausende lang wurde versucht, die gelegentliche Schleifenform der Marsbahn durch ein Modell zu deuten, das auch in der Aufsicht - also nicht nur in der Bahnebene - die Schleife als Bewegungsspur direkt erklärt: als Zykloide, also als Spur der Verkettung zweier Rotationen (siehe Unterrichtseinheit Bewegte Drehungen ? Zykloiden ). Erst die Verwendung hochexakt vermessener Bahndaten und die Frage nach den die Planeten bewegenden Kräfte brachten den Durchbruch zu heutigen Modell unseres Sonnensystems.

In diesem Beitrag stellen wir Ihnen vielfältige Möglichkeiten vor, sich mit faszinierenden und gut zu beobachtenden Objekten zu beschäftigen: Jupiter, dem größten Planeten unseres Sonnensystems, und seine vier Galileischen Monde. Beobachtungen des Gasriesen lohnen sich besonders während der Monate um die jährlichen Oppositionen.Vor 400 Jahren richtete Galileo Galilei (1564-1642) sein Fernglas auf den Himmel und sah wahrhaft Revolutionäres: Berge auf dem Mond, eine sichelförmige Venus und ein "Miniatur-Sonnensystem": Jupiter mit seinen vier Galileischen Monden, die ihre Positionen schon innerhalb weniger Stunden erkennbar verändern. Das einzige, was man benötigt, um dies mit eigenen Augen zu sehen, ist ein einfacher Feldstecher. Jupiter als Umlaufzentrum seiner vier Monde - dies können Schülerinnen und Schüler selbst entdecken, wenn sie an zwei oder mehr aufeinander folgenden Tagen den Fernglasanblick des Jupitersystems per Bleistift skizzieren. Vergleichen Sie die Ergebnisse Ihrer Klasse mit den 400 Jahre alten Skizzen von Galileo Galilei und stellen Sie den Lernenden Fotos der Raumsonden vor, die zeigen, welch bizarre Welten sich hintern den Lichtpünktchen der Jupitermonde verbergen. Informationen zur Sichtbarkeit des Planeten am Abendhimmel finden Sie unter Mehr zum Thema . Zur Vorbereitung der Beobachtung können mithilfe kostenfreier Planetarium-Software (z.B. Stellarium ) Simulationen durchgeführt und Sternkarten ausgedruckt werden.Der erste Tipp ist etwas für "Bildschirmsitzer" mit Hang zur Geschichte und auch als Schlechtwetterbeschäftigung hilfreich. Beim zweiten Vorschlag geht es unter anderem um mathematische Zusammenhänge und um die Möglichkeit, selbst etwas zu messen. Außerdem kommt das Fernrohr zum Einsatz und gute Augen sind nötig, um Details auf der Jupiterscheibe zu erkennen. Der dritte Tipp spricht die Hobbyfotografen an. Außerdem werden Fremdsprachenkenntnisse gebraucht, um Daten zu bekommen, die dann mathematisch ausgewertet werden können. Im vierten Themenkomplex erinnern wir an Galileo Galilei und an Johannes Kepler (1571-1630), was für die Physiklehrkräfte interessant ist. Schließlich wird auf besondere Jupiter-Ereignisse hingewiesen, die durch ein Fernrohr beobachtet werden und die für Überraschung sorgen können. Zum Beispiel dadurch, dass plötzlich ein Mond aus dem Schatten seitlich von Jupiter "aus dem Nichts" auftaucht. Jupiter über Padua gegen Ende 1609/Anfang 1610 Wie sah der Abendhimmel über Padua aus, als Galilei sein Fernrohr auf ihn richtete? Wo steht Jupiter im Jahr 2009? Jupiterbeobachtung - auch bei bedecktem Himmel Wie hell und wie groß erscheint uns Jupiter? Falls das Wetter nicht mitspielt, kann der visuelle Eindruck mit einem Foto und einem Fernrohr simuliert werden. Jupiter trifft den Mond Die Begegnung von Mond und Jupiter kann genutzt werden, um in Zusammenarbeit mit einer Partnerschule die Mondentfernung zu bestimmen. Der Tanz der Jupitermonde und "Wer sieht den Fleck?" Wandeln Sie mit Ihren Schülerinnen und Schülern in den Spuren Galileis: Beobachten Sie die Jupitermonde und ihre Bewegungen mit eigenen Augen. Die Schülerinnen und Schüler sollen mithilfe kostenfreier Planetarium-Software den Sternhimmel simulieren, auf den Galileo Galilei Ende 1609/Anfang 1610 sein Teleskop richtete. wissen, (ob und) wo Jupiter aktuell am Himmel zu finden ist. Größe und Helligkeit des Jupiterscheibchens kennen, mit den Begriffen scheinbare Helligkeit (Magnitude) und Winkelmaß (Bogensekunden, Bogenminuten) umgehen können und einfache Rechungen durchführen. die vier Galileischen Monde mit eigenen Augen sehen und ihre Bewegung im Abstand weiniger Stunden oder Tage erkennen. verstehen, welche wissenschaftsgeschichtliche Bedeutung die Entdeckung von Galilei hatte, dass Jupiter ein Umlauszentrum für andere Himmelskörper ist. Online-Rechner als Werkzeuge zur Vorhersage von Sonnen- und Mondfinsternissen im Jupitersystem kennen lernen und solche Ereignisse beobachten. Thema Jupiter und die Galileischen Monde Autor Dr. Olaf Fischer, Dr. André Diesel Fächer Naturwissenschaften ("Nawi"), Astronomie, Astronomie AG Zielgruppe Klasse 5 bis Jahrgangsstufe 13 (je nach Thema und Vertiefung) Zeitraum variabel Technische Voraussetzungen Jupiter ist - zur rechten Zeit - mit bloßem Auge am Himmel nicht zu übersehen; für die Beobachtung der Monde: Feldstecher (zehnfache Vergrößerung, feste Montierung hilfreich); äquatoriale Wolkenbänder: Spektiv (40 bis 60-fache Vergrößerung); Mondschatten auf der Jupiterwolkendecke: Teleskop mit mindestens 15 bis 20 Zentimeter Öffnung; Beobachtungsvorbereitung: Präsentationsrechner mit Beamer (Planetarium-Software) und Internetanschluss (Onliner-Rechner für die Positionen der Jupitermonde) Software Planetarium Software, zum Beispiel Stellarium (kostenfrei) Vermutlich im September 1609 richtete Galileo Galilei erstmals sein Fernrohr gen Himmel und beobachtete damit zunächst den Mond. Nicht zu übersehen war jedoch auch Jupiter, der Ende 1609 in Opposition stand. Man kann vermuten, dass sein Anblick mit dazu beitrug, dass Galilei ein besseres Fernrohr entwickelte. Dieses entstand zum Jahresende und ermöglichte Galilei Anfang 1610 die folgenreiche Entdeckung, dass Jupiter ein Umlaufzentrum für andere Himmelskörper ist. Gängige Planetarium-Software, wie zum Beispiel Stellarium oder Cartes du Ciel (beide kostenfrei), erlauben die Darstellung des Sternhimmels zu beliebigen Zeiten an beliebigen Orten. Betrachten wir mit ihrer Hilfe den Himmel über Padua am 15. Januar im Jahr 1610. Abb. 1 (zur Vergrößerung anklicken) zeigt das Ergebnis. Der strahlende Jupiter dominierte damals den Sternenhimmel und befand sich in der auffälligen Region des Wintersechsecks mit seinen hellen Sternen (unter anderem Sirius, Rigel und Procyon). Sicher hat diese Region Galileis Blicke auf sich gezogen. Die Dominanz von Jupiter am Abendhimmel im Januar 1610 wurde dadurch unterstützt, dass die Ekliptik (die Schnittlinie der Bahnebene der Erde - und in etwa auch der anderen Planeten - mit der scheinbaren Himmelskugel) im Winter weit über den Horizont steht. Während der anderen Jahreszeiten verläuft sie deutlich flacher. Die Höhe der Ekliptik ist nicht nur von der Jahreszeit, sondern auch vom Beobachtungsort abhängig. 400 Jahre nach Galilei hatten zum Beispiel im September 2009 Beobachterinnen und Beobachter in Padua einen kleinen Vorteil gegenüber ihren Kolleginnen und Kollegen in Heidelberg, wenn sie Jupiter ins Visier nahmen: In südlichen Gefilden steht die Ekliptik zu dieser Jahreszeit nämlich etwas höher am Himmel und damit weiter weg von den horizontnahen Dunstschichten (Abb. 2, Platzhalter bitte anklicken). In der linken Teilabbildung steht Jupiter knapp unter der 20 Grad Linie, in der rechten knapp darüber. Über Heidelberg erreichte Jupiter im September 2009 jeweils um 21:00 Uhr in südöstlicher Richtung folgende Höhen: am 1. September 2009 etwa zwölf Grad, am 10. September 16 Grad, am 20. September 20 Grad und am 30. September 22 Grad. Die in Abb. 2 verwendeten Ausschnitte von Stellarium-Screenshots des südlichen Himmels können Sie hier auch in voller Größe und höherer Auflösung herunterladen: Winkeldurchmesser, Bogensekunde und Magnitude Wenn Jupiter, wie zu Zeiten von Galileis ersten Jupiterbeobachtungen, wieder nahe seiner Oppositionsstellung zur Sonne steht, verlangt er geradezu ein genaueres Hinsehen. Aufsuchkarten können mit der Software Stellarium ? ein virtuelles Planetarium für die Schule erstellt werden (Kartenbeispiel "heidelberg_15_sept_2009_21_uhr.jpg"). In ihrer Oppositionsstellung kommen die äußeren Planeten der Erde am nächsten und sind entsprechend hell und groß. Jupiter erreichte zum Beispiel im September 2009 eine scheinbare Helligkeit (Magnitude) von -2,8 und eine scheinbare Größe (Winkeldurchmesser) von 47 Bogensekunden. Von Jupiter empfangen wir mehr als dreimal soviel Licht ( x ) wie von Sirius, dem hellsten bei uns sichtbaren Stern (Magnitude = -1,5). Wer es nachrechnen möchte, der bestimme x in folgendem Zusammenhang: [-1,5 - (-2,8)] = -2,5 log( x ). Wikipedia: Scheinbare Helligkeit Die scheinbare Helligkeit oder Magnitude (kurz „mag“) gibt an, wie hell ein Himmelskörper einem Beobachter auf der Erde erscheint. Wikipedia: Bogensekunde Eine Bogensekunde ist eine Maßeinheit des Winkels. Sechzig Bogensekunden entsprechen einer Bogenminute, 60 Bogenminuten einem Grad. Vergleich mit einem Mondkrater Die scheinbare Größe der Vollmondscheibe beträgt etwa 31 Bogenminuten. Das Planetenscheibchen von Jupiter zeigte im September 2009 rund ein Vierzigstel des Monddurchmessers und erscheint damit im Fernrohr etwa so groß wie der Mondkrater Kopernikus. Findet jemand diesen Krater auf dem Mond? (Siehe Unterrichtseinheit Spaziergänge auf dem Mond , Spaziergang 3, Abb. 3.) Trockenübung am Teleskop Bei bedecktem Himmel müssen Sie auf die Demonstration der Jupiterscheibe nicht verzichten. Drucken Sie dazu einfach Abb. 3 so aus, dass das Jupiterscheibenbild einen Durchmesser von 2,5 Zentimetern hat (Skalierung der Bildgröße auf etwa 85 Prozent). Dieses Bild hängen Sie an einen Baum (beleuchten es gegebenenfalls) und beobachten es mit einem Fernrohr aus einem Abstand von etwa 110 Metern. Stimmt der Abstand? Wolkenbänder und Abplattung der Pole Abb. 3 zeigt Jupiter mit seinen Monden Io und Europa (Foto von Benjamin Kühne). Der Schatten von Io auf der Jupiteroberfläche verrät, wo die Sonne steht. Die beiden dunklen äquatornahen Wolkenbänder sind bereits mit kleinen astronomischen Teleskopen oder mit guten Spektiven, wie sie von Hobby-Ornithologen verwendet werden (ab 40-facher Vergrößerung), gut zu sehen. Ebenfalls gut zu erkennen ist in Abb. 3 auch die abgeplattete Form des Planeten: Durch die schnelle Rotation (am Äquator dauert eine Umdrehung weniger als zehn Stunden!) flacht der Gasriese etwas ab. Sein Äquatordurchmesser beträgt um 144.000 Kilometer, während der Poldurchmesser nur etwa 135.000 Kilometer umfasst. Monde und Sonnenfinsternisse auf Jupiter Die vier Galileischen Monde sind bereits mit dem Feldstecher erkennbar. Für die Beobachtung von Mondschatten auf den Jupiterwolken benötigt man jedoch schon Teleskope mit einer Öffnung von 15 bis 20 Zentimetern. Weitere Astrofotos von Benjamin Kühne finden Sie auf seiner Webseite: Nachtwolke.de Homepage von Benjamin Kühne. Hier finden Sie Fotos astronomischer Objekte und atmosphärischer Erscheinungen. Bestimmung der Scheibchengröße Die Größe der Jupiterscheibe kann man übrigens auf einfache Art und Weise selbst bestimmen. Dazu messe man mehrmals die Zeit, in der die Scheibe durch ein Fadenkreuz im Fernrohrsehfeld läuft und rechne das Zeitmaß in das Winkelmaß um: 360 Grad entsprechen 24 Stunden. (Dann wird ein Winkel von 15 Bogensekunden in einer Sekunde überstrichen. Den Unterschied zwischen Sternzeit und der uns zur Verfügung stehenden Sonnenzeit kann man hier vernachlässigen.) Zum Beispiel würde man bei einer mittleren Durchlaufzeit von 2,6 Sekunden (Mittelwert aus mehreren Messungen) für die Größe der Jupiterscheibe einen Winkeldurchmesser von 39 Bogensekunden erhalten. Auf der Ekliptik kommt es regelmäßig zu Begegnungen von Mond und Jupiter, so zum Beispiel am 2. September 2009 um 20:00 Uhr und am 30. September 2009 gegen 24:00 Uhr. Der fast volle Mond lief dann etwa zwei Grad nördlich an Jupiter vorbei - am 2. September bei etwa 7 Grad Höhe (um 21 Uhr etwa 15 Grad) und am 30. September 2009 bei etwa 21 Grad Höhe (Angaben für Heidelberg). Diese Beobachtungen verdeutlicht die Bahnbewegung des Mondes (von westlicher in östliche Richtung). Die Bewegung macht sich bereits innerhalb von zwei Stunden bemerkbar. Geeignete Beobachtungstermine für Mond-Jupiter-Rendezvous können Sie mithilfe von Planetariumssoftware oder der astronomischen Jahrbücher finden (siehe Mehr zum Thema ) Kooperation mit einer Partnerschule Die Begegnungen von Mond und Jupiter eröffnen auch die Möglichkeit, die Parallaxe des Monds zu bestimmen, das heißt den Unterschied des Winkelabstands zwischen Mond und Jupiter, wenn man diese von zwei verschiedenen Standorten auf der Erde betrachtet. Hier ist Zusammenarbeit mit Beobachtern an anderen, möglichst fern gelegenen Orten gefragt. Zeitgleich aufgenommene Fotos von Mond und Jupiter ermöglichen dann die Bestimmung der Mondparallaxe und der Mondentfernung. (Dabei ist die Belichtung so einzustellen, dass Mondstrukturen oder Sternbildkonstellationen die Bildorientierung ermöglichen.) Simulation mit Planetarium-Software Das Prinzip kann mithilfe von Planetarium-Software verdeutlicht oder das Verfahren. Abb. 4 (Stellarium-Screenshots, Platzhalter bitte anklicken) zeigt Jupiter und Mond am 2. September 2009 um 21:00 Uhr von Heidelberg (linke Teilabbildung) und von Windhoeck (Namibia) aus gesehen (rechte Teilabbildung). Die Mondparallaxe ist deutlich erkennbar (Abstandsunterschied Mond-Jupiter). Hinweis: Erfahrungen mit Stellarium zeigen, dass die Screenshots reale Fotografien nicht verlässlich ersetzen können! Die Plantarium-Software weist kleine Ungenauigkeiten auf, die eine große Wirkung bei der Durchführung der Berechnungen haben könnten. Veranschaulichung und ausführliche Informationen Das Prinzip der Parallaxe können Sie Ihren Schülerinnen und Schülern ganz einfach verdeutlichen: Strecken Sie einen Arm aus, halten Sie den Daumen hoch und kneifen einmal das rechte und einmal das linke Auge zu (der Daumen entspricht dem Mond, der Hintergrund den Fixsternen). Das Verfahren zur Bestimmung der Mondentfernung mithilfe der gewonnenen Daten wird in dem beiden folgenden Lehrer-Online-Beitrag ausführlich vorgestellt: Bestimmung der Mondentfernung durch Triangulation An Partnerschulen wird zur selben Zeit der Mond fotografiert und mithilfe des Sinussatzes die Entfernung Erde-Mond bestimmt (ab Klasse 10, AGs). Galileis "Sidereus Nuncius" Nachdem Galileo Galilei bemerkt hatte, dass es sich bei den "Sternen" nahe dem Jupiter um Objekte handelt, die ihn umlaufen (um ihn "herumtanzen"), gewann seine kopernikanische Weltsicht wohl ein sicheres Fundament. Seine Beobachtungen veröffentlichte er in dem berühmten Buch "Sidereus Nuncius" im Jahr 1610. Abb. 5 (Platzhalter bitte anklicken) zeigt einen Ausschnitt aus einer Seite des "Sternenboten" mit verschiedenen Positionen der Galileischen Monde, die wir heute Io, Europa, Ganymed und Kallisto nennen. Digitale Versionen des Buches und Handzeichnungen von Galilei, eingescannt und im Internet veröffentlicht, können Sie bequem am Rechner studieren: Bizarre Welten Die Raumsonde Voyager 1 startete 1977, flog 1979 an Jupiter vorbei und nahm - nebenbei - auch einige der Jupitermonde ins Visier. Statt der erwarteten merkur- und mondähnlichen, von Kratern übersäten Einöden übermittelte die Sonde atemberaubende Bilder bizarrer und völlig unterschiedlicher Welten. Für das größte Aufsehen sorgten zwei der Galileischen Monde, Io und Europa. Abb. 6 zeigt je zwei Bilder von der Oberfläche dieser Welten (links Io, rechts Europa). Schwefel und Eis Io ist der erste extraterrestrische Ort, an dem aktiver Vulkanismus beobachtet werden konnte. Abb. 6 (links) zeigt eine Eruption auf Io und einen Blick in die Caldera des Vulkans Tupan Patera, der Lava und ausgedehnte Schwefelfelder erkennen lässt. Einen ganz anderen Charakter zeigt der Mond Europa (Abb. 6, rechts), unter dessen zerfurchtem Eispanzer Planetologen einen Wasserozean vermuten. Die gigantischen Gezeitenkräfte von Jupiter sollen die nötige Reibungswärme erzeugen, die den Ozean nicht gefrieren lässt. Europa gilt als aussichtsreicher Kandidat für außerirdisches Leben in unserem Sonnensystem. Alle Fotos aus Abb. 6 wurden von der Raumsonde Galileo aufgenommen. Die Sonde wurde 1989 ins All geschossen und verglühte - nach erfolgreicher Mission - im Jahr 2003 in der Jupiteratmosphäre. Inzwischen sind insgesamt 63 Jupitermonde bekannt. Vorbereitung auf die Beobachtung Bevor Sie Ihre Schülerinnen und Schüler einen Blick durch das Fernglas oder das Teleskop auf die Monde werfen lassen (die stets nur als Lichtpünktchen erscheinen), sollten sich diese über die Galileischen Monde und ihre Eigenschaften informieren. Ausgestattet mit diesem Hintergrundwissen werden sie beim Blick durchs Fernglas mehr als nur visuelle Lichtpünktchen erkennen. Internetadressen mit interessanten Informationen, eindrucksvollen Bildern und Hinweisen auf die Sichtbarkeiten von Jupiter und seinen Monden finden Sie unter Mehr zum Thema . Berechnung der Jupitermasse Die Beobachtung der Galileischen Monde ist ein "Muss" - nicht nur im Internationalen Jahr der Astronomie 2009. Schon im Abstand von einigen Stunden kann bei genauem Hinsehen die Bewegung der Monde auch im kleinen Teleskop, Spektiv und sogar im Feldstecher wahrgenommen werden (die Umlaufzeit von Io, dem innersten Mond, beträgt etwa 42 Stunden). Hier bietet sich die Gelegenheit, die Physik aufzugreifen und an Johannes Kepler (1571-1630) zu erinnern. Heute wissen wir, dass das Dritte Keplersche Gesetz die Berechnung der Masse von Jupiter erlaubt, wenn wir nur die Umlaufzeit eines Mondes und die Größe seiner Bahnhalbachse kennen, zum Beispiel etwa 420.000 Kilometer für Io: Finsternisse, Durchgänge, Bedeckungen, Schattenwürfe Da die Umlaufbahnebene der Galileischen Monde nur sehr wenig gegenüber der Erdbahnebene verkippt ist, kommt es im Zuge ihrer Umläufe recht häufig zu besonderen "Treffen", deren Beobachtung sich lohnt. Besonders interessant sind die Finsternisereignisse. Zum einen verschwinden dabei Monde im Schatten von Jupiter ("Mondfinsternis"). Zum anderen werfen die Monde einen Schatten auf den Gasplaneten ("Sonnenfinsternis", Abb. 3 und Abb. 8). Während für die Beobachtung der Monde bereits ein Feldstecher genügt, benötigt man für die Beobachtung der Schatten auf den Jupiterwolken Teleskope mit einer Öffnung von mindestens 15 bis 20 Zentimetern. Auf der CalSky-Homepage finden Sie auch Informationen zur Sichtbarkeit des so genannten Großen Roten Flecks (GRF). Die Farbe des Flecks ist in den letzten Jahren weniger intensiv geworden. Kleine Amateurteleskope reichen daher für eine Beobachtung des Objekts nicht mehr aus. Abb. 8 zeigt eine Aufnahme des gigantischen Sturms, der schon vor 300 Jahren beobachtet wurde. Im rechten Teil des Fotos, aufgenommen von der Raumsonde Galileo, sind ein Jupitermond und sein Schatten auf der Wolkendecke zu sehen. Webseiten mit weiteren Informationen zu dem Wirbelsturm finden Sie unter Mehr zum Thema . Informationen zu den Transitzeiten des Großen Roten Flecks können Sie auf der Webseite "Sky & Telescope" nachlesen: Sky & Telescope: Transit Times of Jupiter's Great Red Spot Hier können Sie die Transitzeiten für bestimmte Tage berechnen oder auch eine Tabelle mit allen GRF-Transits des Jahres einsehen. Die astronomischen Jahrbücher informieren über die wesentlichen Ereignisse und deren Begleitumstände: Ahnert Astronomisches Jahrbuch, Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft (Heidelberg), ISBN 978-3-938639-95-5 Keller Kosmos Himmelsjahr 2009, Kosmos Verlag, Stuttgart, ISBN 978-3-440-11350-9