Die Erde ist ein "heißes Ding", unter der Erdkruste herrschen sehr hohe Temperaturen. Diese geothermische Energie lässt sich auch zu Heizungszwecken nutzen. Wie das funktioniert und was es kostet, lernen Grundschulkinder in dieser fächerübergreifenden Projektarbeit.Für viele Kinder sind spektakuläre Vulkanausbrüche und ihre Ursache kein Geheimnis mehr. Sie wissen, dass der Erdkern aus glühendem, flüssigem Gestein besteht, das sich an manchen Stellen seinen Weg durch die Erdkruste bricht. Dass aber die Erde ganz unspektakulär auch zur Beheizung von Häusern genutzt werden kann, ist weniger bekannt. Ausgehend von der ZDF-Sendung "Erdwärme? Heißes Pflaster in Bärstadt" aus der Reihe Löwenzahn erfahren die Schülerinnen und Schüler, wie eine solche Erdwärmeheizung funktioniert und warum sie trotz höherer Anschaffungskosten sinnvoll ist. Die Kinder arbeiten mit einer Internetplattform, die sie durch die Recherche auf kindgemäßen Webseiten und zur Lösung der Arbeitsaufträge führt. Verschiedene interaktive Übungen und herkömmliche Arbeitsblätter runden die interaktive Lerneinheit ab.In Zeiten des Klimawandels und immer weiter schwindender Ressourcen fossiler Energie ist es dringend nötig, unseren Kindern Alternativen aufzuzeigen und mit ihnen deren Vor- und Nachteile zu besprechen. Eine der Alternativen ist die Erdwärme. Die vorliegende Unterrichtseinheit will in einem multimedialen Ansatz den Blick auf diese alternative Energie richten, auf die wir über kurz oder lang sehr dankbar zurückgreifen werden. Neben der Recherche im Internet, herkömmlichen Medien wie Arbeitsblättern, Wörterbuch und Lexikon, bietet die professionelle und kindgemäße Bearbeitung des Themas in der "Löwenzahn"-Sendung "Erdwärme - Heißes Pflaster in Bärstadt" bei ZDF tivi einen idealen Einstieg. Hintergrund Erdwärme Hier finden Sie eine kurze Einführung in die Funktionsweise von Erdwärme-Heizungen und die Kosten-Nutzen-Rechnung. Die Lernumgebung und der Ablauf des Projekts Hier erfahren Sie mehr über den Aufbau der interaktiven Lernumgebung und erhalten Hinweise zur Planung der Projektarbeit. Arbeitsmaterial zur interaktiven Lernumgebung Auf dieser Seite finden Sie Informationen zu den einzelnen Arbeitsblättern und Hinweise, wie Sie mit der interaktiven Lernumgebung verzahnt sind. Fachkompetenz die Schülerinnen und Schüler sollen in den Fächern Sachkunde, Deutsch, Mathematik und Kunst Differenzierte Lernziele erreichen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen ein Video im Internet anschauen und Informationen daraus entnehmen. gezielte Recherchen im Internet durchführen und das World Wide Web als Informationsquelle nutzen. eine interaktive Lerneinheit am Computer bearbeiten und dabei Erfahrungen mit dem Prinzip der Verlinkung machen. interaktive Übungen durchführen (HotPotatoes: Kreuzworträtsel, Lückentext). ein interaktives Memo-Spiel durchführen. ein interaktives Quiz durchführen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen Absprachen zur Benutzung der Computer-Arbeitsplätze treffen. sich als Partnerinnen und Partner über die Reihenfolge der Aufgaben einigen. sich gegenseitig helfen. Nie wieder Kohle! "Ich heize meinen Bauwagen jetzt mit dem glühenden Inneren der Erde!", begeistert sich Fritz und gibt dem Kohlenhändler eine Abfuhr. Dann macht er sich an die Bohrarbeiten. Heiße Quellen in Bärstadt? Er hofft auf eine heiße Quelle zu stoßen, schließlich nutzt man auch in anderen Ländern brodelnde Geysire und dampfende Quellen zum Heizen. Und tatsächlich, schon nach wenigen Minuten sprudelt Fritz warmes Wasser entgegen. Doch die Quelle ist eine angebohrte Wasserleitung. Fritz ist also noch lange nicht am Ziel! Sendung online Die Sendung kann jederzeit auch als Video auf der Internetseite von ZDF tivi abgerufen werden. Die Schülerinnen und Schüler sollen das Innere der Erde und die Entstehung von Vulkanen kennen lernen oder Kenntnisse darüber wiederholen. ein Experiment zum Vulkan durchführen. Thermalquellen und ihre Nutzung kennen lernen. erfahren, dass Wärme aus der Erde zum Heizen genutzt werden kann. erfahren, welche Teile zu einer Erdwärmeheizung gehören und wie eine Wärmepumpe funktioniert. ein Beispiel für die Verwendung von Erdwärme kennen lernen. Vor- und Nachteile der Erdwärmeheizung benennen. Abbildungen den richtigen Texten zuordnen und beschriften. mit dem Multiple-Choice-Verfahren arbeiten (richtige und falsche Aussagen unterscheiden). Die Schülerinnen und Schüler sollen Anschaffungskosten für Erdwärmeheizungen berechnen und laufende Kosten verschiedener Heizarten vergleichen. die nötigen Angaben dazu einer Internetseite entnehmen. erfahren, dass die höheren Anschaffungskosten der Erdwärmeheizung sich im Laufe der Jahre rentieren. Zahlen im Tausender- und Zehntausenderraum ergänzen. Die Schülerinnen und Schüler sollen Rätselschriften entziffern. Lernwörter für ein Diktat üben. Wörter mit z oder tz üben. zusammengesetzte Nomen bilden. Lückentexte ergänzen. einen Buchtipp zum Thema aufschreiben und ein passendes Coverbild zum Buch malen. Die Schülerinnen und Schüler sollen einen Vulkan darstellen (Collage aus gerissenem und teilweise selbst gefärbten Papier). 1000 Grad im Erdmantel Der Energievorrat der Erdwärme lagert in heißem Wasser oder Gestein und ist nahezu unerschöpflich, so dass es eigentlich keine Energieprobleme geben dürfte, wenn sie richtig genutzt würde. Im Erdinneren herrschen vermutlich Temperaturen von über 5000 Grad und im oberen Erdmantel sind immerhin noch über 1000 Grad vorhanden. Nur 0,1 Prozent der Erde sind kühler als 100 Grad. Diese umweltfreundlichen Energiequellen können praktisch überall genutzt werden. Island regt zur Nachahmung an Am deutlichsten zeigen sich diese "Segnungen" der Erde in Island, wo es viele aktive Vulkane und zahlreiche schon von weitem sichtbare Geysiren gibt, aus denen heißes Wasser in die Luft schießt. Schon seit Jahrzehnten werden diese heißen Quellen angezapft und liefern fast vollständig den Energiebedarf des Landes. Aber auch an weniger gesegneten Stellen der Erde ist durch den heutigen Stand der Technik der Einsatz der Geothermie möglich. Denn schon in 40 bis 60 Metern Tiefe können die Temperaturen unabhängig von der Jahreszeit zehn bis 15 Grad Celsius erreichen. Hohe Investition zahlt sich aus Obwohl die Anschaffungskosten beim Einsatz der Geothermie höher liegen als bei herkömmlichen Heizarten, hat sie entscheidende Vorteile: Sie steht zu jeder Tages- und Nachtzeit und unabhängig von der Jahreszeit zur Verfügung. Sie ist umweltschonend, da keine Verbrennung erfolgt und muss nicht transportiert werden, da der Anschluss an Ort und Stelle erfolgt. Der Betrieb der Anlage verursacht nur geringe Kosten, so dass sich die Anschaffung im Laufe der Jahre amortisiert. Die Heizkosten bei einer Erdwärmeheizung liegen 50 bis 70 Prozent niedriger als im Vergleich mit einer herkömmlichen Heizung. Salzwasser bringt die Energie an die Oberfläche Beim Hausbau werden bis zu 100 Meter tiefe Löcher in die Erde gebohrt und darin Erdwärmesonden versenkt. Diese unten geschlossene Sonde besteht aus zwei Schläuchen. In einem dieser Schläuche wird kaltes Salzwasser ins Erdreich gepumpt und erwärmt sich dort. Das erwärmte Wasser kommt über den zweiten Schlauch zurück an einen Wärmetauscher und heizt darin ein Kühlmittel auf. Erdwärme deckt Großteil der Heizkosten ab Durch Kompression des Kühlmittels kann die Temperatur auf 55 bis 80 Grad Celsius steigen. Diese Wärme wird über einen zweiten Wärmetauscher an die Heizanlage und das Brauchwassersystem abgegeben. Das abgekühlte Salzwasser fließt zurück in die Erdsonde und wird dort erneut erwärmt So es entsteht ein komplett geschlossener Kreislauf. Das Erdwärmesonden-System kann für 75 bis 80 Prozent der notwendigen Heizenergie sorgen, die restlichen 20 Prozent kommen über das Stromnetz. Zur theoretischen Aufarbeitung des Themas Erdwärme ist das Internet ein ideales Medium. Es gibt eine Reihe kindgemäßer Seiten, die den Schülerinnen und Schülern Gelegenheit zum selbstständigen Erforschen geben. Hier wird aber insbesondere auf die ZDF-Sendung "Erdwärme - Heißes Pflaster in Bärstadt" aus der Reihe "Löwenzahn" zurückgegriffen, die als idealer Einstieg in das Thema dient. Für Kinder verständlich vermittelt sie wissenschaftliche und technische Fakten und hat außerdem hohen Unterhaltungswert, so dass mit Spaß gelernt werden kann. Aufbau der Lernumgebung Das Material zur Sendung und weitere Informationen erarbeiten sich die Kinder mithilfe einer interaktiven Lernumgebung . Sie leitet die Schülerinnen und Schüler von einer Aufgabe zur nächsten und verweist dabei auf die zugehörigen Arbeitsmaterial . Neben der Eingangsseite besteht die Lerneinheit aus drei weiteren Hauptseiten (Ein heißes Ding/ Sprache/ Dies und das), fünf intern verlinkten interaktiven Übungen (Hot Potatoes-Übungen/Memo-Spiel) und 14 externen Links. Die internen Links können offline bearbeitet werden. Ein heißes Ding Diese Rubrik mit ihren Unterseiten behandelt die sachkundlichen Aspekte. Die Kinder lernen durch Kurzvideos und Internet-Recherche Funktionsweise, Vor- und Nachteile der Erdwärmeheizung kennen und berechnen das Kosten-Nutzen-Verhältnis. Sprache Aufgehängt am Thema Erdwärme trainieren die Kinder Lernwörter mit verschiedenen Methoden (zum Beispiel Lückentext, Diktat oder Kreuzworträtsel) und verfassen eine Buchvorstellung. Dies und das Diese Rubrik leitet die Kinder dazu an, einen Vulkanausbruch zu simulieren. Es ist ratsam, dieses Experiment gemeinsam durchzuführen, da eine ganze Reihe von Utensilien gebraucht werden. Eine Alternative wäre, diese Aufgabe als Hausaufgabe aufzugeben und anschließend in der Klasse darüber berichten zu lassen. Die Quizfragen beziehen sich auf die Sendung "Erdwärme - Heißes Pflaster in Bärstadt" und dienen der Ergebnissicherung, das Memo-Spiel der Entspannung. Zeitlicher Ablauf Partnerarbeit halbiert die Wartezeit Organisation des Unterrichts und Zeitraum der Arbeit hängen von der Anzahl der jeweils vorhandenen Computerarbeitsplätze ab und davon, ob sie in einem Netzwerk gemeinsamen Zugang zum Internet haben. Als sinnvoll hat sich auf jeden Fall Partnerarbeit erwiesen. Auf diesem Weg lässt sich die Zahl der auf einen Computer wartenden Kinder halbieren und die Paare können sich untereinander unterstützen. Weitere Arbeitsblätter als Ergänzung Als zusätzliches Angebot kann die Lehrkraft weitere Arbeitsblätter zur Verfügung stellen, die die in der Lerneinheit angesprochenen Themen vertiefen. Die Schülerinnen und Schüler können zum Beispiel Sachbücher zum Thema anschauen, weitere Aufgaben zu den Lernwörtern lösen, weitere Wörter mit z oder tz und zusammengesetzte Nomen suchen. Fachunterricht oder übergreifender Ansatz Die Unterrichtseinheit ist fächerübergreifend angelegt. Als Fachlehrerin oder Fachlehrer haben Sie aber auch die Möglichkeit, nur die Sachthemen zu behandeln und das Fach Deutsch auszuklammern, wenn der fächerübergreifende Ansatz aus stundenplantechnischen Gründen nicht oder nur sehr schwer durchführbar ist. Organisation des Ablaufs Vorschläge der Kinder aufgreifen Wichtig ist außerdem die Organisation des Unterrichtsablaufs. Absprachen bezüglich der Computer-Nutzung müssen getroffen werden, da nicht alle Schülerinnen und Schüler gleichzeitig am Rechner sitzen können. Dabei sollten Vorschläge der Kinder aufgegriffen werden, weil sie erfahrungsgemäß die Einhaltung eigener Vorschläge auch selbst überprüfen. Außerdem ist festzulegen, ob die Arbeit als Partner- oder Gruppenarbeit erfolgen soll und eine entsprechende Einteilung vorzunehmen (freie Wahl, Zufallsprinzip durch Ziehen von Kärtchen oder von der Lehrkraft bestimmt). Computer-Experten lösen Probleme Es hat sich zudem bewährt, "Computer-Experten" zu wählen, die bei Schwierigkeiten mit dem Medium als erste Ansprechpartner fungieren sollen. So können die Kinder viele Fragen unter sich klären und selbstständig arbeiten. Voraussetzungen Die Kinder sollten an offene Unterrichtsformen gewöhnt sein. Kenntnisse im Umgang mit dem Internet sind nicht unbedingt nötig, da die Links direkt über die Lerneinheit angesteuert werden und keine Internetadressen eingegeben werden müssen. Erfolgskontrolle Jedes Kind heftet seine fertigen Arbeitsblätter und gelösten Aufgaben in einem Hefter ab, der nach Abschluss des Projekts eingesammelt und von der Lehrkraft überprüft werden kann. Die Projektarbeit umfasst insgesamt 14 Arbeitsblätter. Sie sind den Rubriken der interaktiven Lernumgebung "Ein heißes Ding", "Sprache" und "Dies und das" zugeordnet. ZDF tivi - Löwenzahn Zu viel Kohle für die Kohle! Jahr für Jahr schießt der Preis für die Heizkohle aufs Neue in die Höhe. Wen das nicht zum "Kochen" bringt...? Schluss damit. Fritz hat eine Idee: die Warmwasser-Speicher der Erde anzapfen. Im Innern unseres Planeten ist es schließlich glühend heiß. Die Hitze bringt teilweise auch das Grundwasser zum Kochen. Dampfende Quellen und aufbrodelnde Geysire sind eindrucksvolle Beispiele dafür. Erdwärme müsste man doch auch in Bärstadt zum Heizen nutzen können. Der erste Bohrversuch holt Fritz allerdings schnell auf den harten Boden der Tatsachen zurück: Ein Flop! Irgendwie muss man doch rankommen an die Wärme tief unter uns. Fritz sprudelt schon wieder vor Ideen...

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

In dieser Unterrichtseinheit für den Biologie- und Geographie-Unterricht setzen die Lernenden sich mit der Bedeutung des Waldes im Hinblick auf den Klimawandel auseinander. Mit Satellitenbildern ermitteln sie die Fläche der Wälder in Deutschland, bestimmen deren Kohlenstoffdioxid-Assimilation und diskutieren mögliche Ausgleichsmaßnahmen für den Ausstoß des Treibhausgases.Der anthropogen erzeugte Klimawandel ist ein viel diskutiertes Thema. In dieser Unterrichtseinheit sollen sich die Lernenden jedoch nicht mit seinen Folgen auseinandersetzen, sondern mit der Kohlenstoffdioxid bindenden Funktion des Waldes und dem damit verbundenen positiven Einfluss auf die Folgen des Klimawandels. Mithilfe von Satellitenbildern messen sie Flächen in Deutschland aus und erhalten erste Einblicke in die Methodik der Fernerkundung (Kartenerstellung, Klassifikation). So können sie die Größe der Waldflächen und damit deren Bedeutung vor dem Hintergrund des Klimawandels ermitteln. Die Unterrichtseinheit ist im Rahmen des Projekts "Fernerkundung in Schulen" (FIS) am Geographischen Institut der Universität Bonn entstanden. FIS beschäftigt sich mit den Möglichkeiten zur Einbindung des vielfältigen Wirtschafts- und Forschungszweiges der Satellitenfernerkundung in den naturwissenschaftlichen Unterricht der Sekundarstufen I und II.In der Unterrichtseinheit zum Themenfeld Klimawandel wird das Verständnis grundlegender Funktionen des Waldes sowie deren Bedeutung in Bezug auf den Klimawandel und seine Folgen vermittelt. In diesem Zusammenhang wird geklärt, ob der Wald in Deutschland als Kohlenstoffsenke ausreicht, um den landesweiten Ausstoß an Kohlenstoffdioxid zu kompensieren. Als wissenschaftliche Grundlage dient eine Einführung in die Methodik der Fernerkundung, mit deren Hilfe die Schülerinnen und Schüler das Ausmaß der Waldflächen in Deutschland ermitteln und dabei einen ersten Einblick in die Erstellung von Karten gewinnen. Inhalte und Einsatz der Lernumgebung im Unterricht Hier erhalten Sie Hinweise zum Aufbau der Lernumgebung "Der Wald als Klimaretter!?". Screenshots veranschaulichen die Funktionen und die interaktiven Übungen zu dem Themenfeld "Wald, Klimawandel und Fernerkundung". Die Schülerinnen und Schüler können erklären, wie und wofür Waldflächen mit Satellitenbildern erfasst werden können. bewerten die Bedeutung des Waldes als Kohlenstoffdioxid-Speicher. Computereinsatz und technische Voraussetzungen Die Unterrichtseinheit "Der Wald als Klimaretter!?" bedient sich der spezifischen Möglichkeiten des Computers, um die Thematik des Klimawandels durch Animation und Interaktion zu vermitteln. Den Lernenden wird der Rechner nicht als reines Informations- oder Unterhaltungsgerät, sondern als nützliches Werkzeug nähergebracht. Die interaktive Lernumgebung ist ohne weiteren Installationsaufwand lauffähig. Auf Windows-Rechnern wird das Modul durch Ausführen der Datei "WaldCO2_Startmanager.exe", unter anderen Betriebssystemen durch Klick auf die Datei "WaldCO2_Startmanager.swf" gestartet. Dafür ist der Adobe Flash Player ( kostenloser Download ) notwendig. Die Lernumgebung "Der Wald als Klimaretter!?" gliedert sich in drei inhaltlich aufeinander aufbauende Bereiche: die Einführung in das Thema sowie die beiden weiterführenden Teilbereiche "Infrarot" und "Wald-Karte". Der jeweils aktivierte Bereich wird auf der linken Leiste eingeblendet. Während der erste Teil einen Einblick in die Thematik liefert und die übergeordnete Aufgabestellung benennt, gliedert sich der Hauptteil in zwei fachliche Sequenzen, die neue Aufgaben und Info-Boxen mit Hintergrundinformationen enthalten (Abbildung 1, Platzhalter bitte anklicken). Den Abschluss eines jeden Bereichs bildet ein Quiz. Erst nach dem Bestehen dieser kleinen Übung wird der jeweils folgende Teil der Lernumgebung zugänglich und erscheint in der Seitenleiste. Danach ist auch ein Springen zwischen den Teilbereichen möglich. Ergänzt wird das Modul durch Tutorials, die die Nutzung der Lernumgebung veranschaulichen. Arbeit in Zweierteams Der Ablauf der Unterrichtsstunden wird durch die Struktur des Computermoduls vorgegeben. In Zweierteams erarbeiten sich die Schülerinnen und Schüler die Inhalte der Lernumgebung. Der Unterricht beginnt jeweils mit einer Erläuterung des Moduls und gegebenenfalls der Aufgabenstellung. Dann folgt die selbstständige Erarbeitung und Überprüfung der Kenntnisse im Quiz (Partnerarbeit). Abschließend können die Ergebnisse jeder Stunde noch einmal im Plenum gebündelt werden. 1. Einführung Der erste Bereich der Lernumgebung wird nach ihrem Start automatisch geladen. Zu Beginn ist der Professor an seinem Schreibtisch vor dem Computer mit einer Zeitung und einem Brief zu sehen (Abbildung 2, Platzhalter bitte anklicken). Die Schülerinnen und Schüler "blättern" interaktiv in der Zeitung und lesen den Brief (das Handsymbol dient zur Navigation). Dabei erhalten sie erste Informationen zum Thema Klimawandel und dem Zusammenhang mit der möglichen Bedeutung von Wäldern. Der Brief gibt Hinweise darauf, welche weiteren Informationen nun benötigt werden. Dafür steht auch eine Info-Box zur Verfügung. 2. Das Infrarot Dieser Teil der Lernumgebung startet mit einem Tutorial, das die Schülerinnen und Schüler mit dem Umgang des Moduls vertraut macht. Fachlich setzen sich die Lernenden hier mit den Eigenschaften von Infrarotbildern und der Darstellung von Vegetation in Satellitenbildern auseinander. Ein Satellitenbild von Deutschland sowie ein Overlay mit den Grenzen der Bundesländer (Abbildung 3) können ganz einfach geladen werden, indem man sie in das Hauptfeld der Lernumgebung zieht. Die Info-Box (Abbildung 4) informiert die Schülerinnen und Schüler über die Besonderheiten von Infrarotbildern und macht ihre Vorteile bei der Untersuchung von Vegetationsflächen deutlich. Ein erster Aufgabenteil wird hier bearbeitet. Ein Quiz schließt auch dieses Modul ab und leitet zum letzten Teil der Lernumgebung über. 3. Waldkarte Auch dieser Bereich startet mit einem Tutorial. Hier stehen den Schülerinnen und Schülern nun vier Satellitenbilder zur Verfügung, die Deutschland zu den vier Jahreszeiten zeigen (Abbildung 5). Auch das Overlay mit den Ländergrenzen kann geladen werden. Mithilfe des Pipetten-Werkzeugs sollen die Lernenden nun als Wälder identifizierte Fläche markieren und so aus dem Satellitenbild eine "Waldkarte" erstellen. Auf diese Weise wird die gesamte Waldfläche Deutschlands ermittelt und es kann berechnet werden, wie viel Kohlenstoffdioxid Deutschlands Wälder binden. Auf dieser Grundlage sollen die Jugendlichen über die Bedeutung des Waldes in Bezug auf den Klimawandel und dessen Folgen diskutieren. Ist zum Beispiel der Wald in Deutschland als Kohlenstoffsenke in der Lage, den landesweiten Ausstoß an Kohlenstoffdioxid zu kompensieren? Nach dem Bestehen des Quiz ist die Bearbeitung der Lernumgebung abgeschlossen.