Explore Science 2009: Die Welt der Elemente

Schülerinnen und Schüler gestalteten auf der Explore Science weitgehend selbstständig Stationen zum Thema "Welt der Elemente". So entstand ein Ausstellungskonzept mit Postern, Modellen und kleinen Experimenten, die das Publikum zum Anschauen und Mitmachen anregen.
 

Lernende erklärten auf der Mitmachausstellung ihren Mitschülerinnen und Mitschülern sowie der interessierten Öffentlichkeit im Mannheimer Luisenpark mit großem Engagement Themen aus der Welt der Atome. Das Konzept der naturwissenschaftlichen Erlebnistage der Klaus Tschira Stiftung stellen wir ausführlich in dem Beitrag "Space Track" - Mitmachausstellung zur Astronomie (Explore Science 2008) vor. Auch bei der Explore Science 2009 spielten an einigen Stationen astronomische Fragestellungen eine zentrale Rolle. Die fünf Poster und eine kurze Beschreibung dieser Stationen stellen wir Ihnen in diesem Beitrag kurz vor. Sie sollen dazu anregen, im Rahmen von Schulprojekten und unter dem Aspekt "Öffnung von Schule" eigene Mitmachausstellungen zu organisieren oder den "Space Track" zu ergänzen.

1. Das Rätsel der kosmischen Strahlung

Inhalte
Die Erde wird fortwährend von Teilchen und Photonen getroffen, deren Energie so immens hoch ist, dass man sie sich kaum vorstellen kann. So genügt zum Beispiel die Energie von nur vier Milliarden der höchst energetischen Strahlungspartikel (die 40 Billionen mal kleiner sind, als ein menschliches Haar dick ist), um einen Jumbojet einen Kilometer in die Luft zu heben. Auf der ganzen Welt rätseln heute Astronomen über die Herkunft dieser hochenergetischen Teilchen. Die Verdächtigen sind zurzeit Schwarze Löcher, millionenfach schwerer als unsere Sonne, welche in Zentren von Galaxien mit ihren gewaltigen Magnetfeldern Materie aus der umgebenen Akkretionsscheibe mit nahezu Lichtgeschwindigkeit von sich wegschleudern. Treffen die Teilchen aus den Tiefen des Universums auf unsere Atmosphäre, lösen sie eine Kaskade von Sekundärteilchen aus.

Experimente und Materialien zum Thema
Teilchen der sogenannten sekundären kosmischen Strahlung wurden auf der Explore Science mit einem Szintillationszähler gemessen und mit einer Nebelkammer sogar sichtbar gemacht. Schulen stehen diese Geräte in der Regel nicht zur Verfügung. Der folgende Artikel enthält jedoch den Erfahrungsbericht eines Schülers über einen selbst gebauten Detektor für kosmische Strahlung:

Poster dieser Station

1_kosmische_strahlung.pdf
 

2. Die Entstehung der Elemente

Inhalte
Wir sind Sternenstaub - das glauben Sie nicht? Es ist jedoch wahr, denn die Elemente, aus denen unser Körper besteht, sind die Überreste unzähliger Sterne. Die Entstehung der Elemente war lange ein Rätsel, welches viele Wissenschaftler beschäftigte. Erst Anfang des 19. Jahrhunderts gelang es Ralph Alpher (1921-2007) und George Gamow (1904-1968) zu erklären, woher die leichten Elemente wie Helium und Wasserstoff stammen. Einen weiteren Meilenstein stellte die Erkenntnis dar, dass schwerere Elemente, die so häufig auf unserer Erde vorkommen, durch Kernreaktionen in Sternen entstehen. Das schwerste Element, das durch Fusionsprozesse in Sternen entstehen kann, ist Eisen. Woher kommen dann aber zum Beispiel Gold oder Platin? Diese und viele andere Fragen werden an der Station "Die Entstehung der Elemente" beantwortet.

Experimente und Materialien zum Thema
Einige der Antworten können durch Modelle veranschaulicht werden. So können Standbesucher weiße und orangefarbene Tischtennisbälle als Protonen und Neutronen mithilfe von Knetmasse zu verschiedenen Kernbausteinen verbinden, die für das Wasserstoffbrennen in der Sonne von zentraler Bedeutung sind (Deuterium, Tritium, Helium-3, Helium-4). Das Problem der Überwindung des Potentialwalls (der elektrostatischen Abstoßung der zu verschmelzenden Kerne) kann zum Beispiel durch ein Modellexperiment mit zwei sich abstoßenden Ringmagneten auf einem Bleistift demonstriert werden.

Poster dieser Station

2_entstehung_der_elemente.pdf
 

3. Atome und Moleküle im Kosmos

Inhalte
Das "FAQ-Poster" (3_atome_und_molekuele_im_kosmos.pdf) beantwortet Besucherinnen und Besuchern unter anderem folgende Fragen: Was sind organische Moleküle? Wie häufig sind die verschiedenen Elemente im Universum? Wo findet man welche Atome? Und woher weiß man das alles eigentlich? Das Poster wurde zusammen mit dem zum Thema "Vom Körnchen zum Planeten" an einer Station ausgestellt.

Poster

3_atome_und_molekuele_im_kosmos.pdf
 

4. Vom Körnchen zum Planeten

Inhalte
So groß und stabil die Erde auch heute auf uns wirkt, vor fünf Milliarden Jahren begann alles mit Staub. Dieser Staub - ganz ähnlich dem unbeliebten Stoff unter dem Sofa - umgab unser bereits geformtes Zentralgestirn in einer riesigen Scheibe. Woher dieser Staub kam, worum es sich dabei genau handelte und wie sich daraus unser Heimatplanet bildete, das wird an dieser Station erläutert.

Experimente und Materialien zum Thema
An dieser Station lernen die Besucherinnen und Besucher, was eine "Lichtmühle" mit der Planetenentstehung zu tun hat. Dieses erstaunliche Drehmobil zeigt die Wirkung der Brownschen Molekularbewegung. Im Kosmos sorgt sie in den Staubscheiben um entstehende Sterne dafür, dass die Staubteilchen nicht ruhig verharren können, sondern ständig herumgeschubst werden, sich dabei treffen, zusammenlagern und langsam wachsen. Der Anfang der Planetenentstehung ist gemacht!

Poster dieser Station

4_planetenentstehung.pdf
 

5. Die Suche nach Spuren von Leben im Weltall

Inhalte
Ist es möglich, Leben auf weit entfernten extrasolaren Planeten nachzuweisen? Diese Frage werden Astronomen mithilfe der allgegenwärtigen, aber unsichtbaren Infrarotstrahlung beantworten können. Mit dem fliegenden "Stratosphären Observatorium für Infrarot-Astronomie" (SOFIA) können die Atmosphären von Exoplaneten, die um andere Sterne kreisen, nach "Fingerabdrücken" lebenswichtiger Elemente und Moleküle untersucht werden. Ein Nachweis von Ozon und damit ein Hinweis auf freien Sauerstoff kann - zusammen mit anderen Parametern - als Signatur biologischer Prozesse auf fernen Planeten gewertet werden. Wie das Leben dort aussieht und wie hoch es entwickelt ist, wird aber ein Geheimnis bleiben.

Experimente und Materialien zum Thema
An der Station können einfache Experimente mit der Infrarotstrahlung durchgeführt werden:

  • Eine Thermografiekamera ermöglicht den bildlichen Nachweis von Wärmestrahlung (Strahlung im mittleren Infrarot), die zum Beispiel auch von Planeten abgegeben wird. Die kostspieligen Kameras können an einigen Landesmedienzentren und eventuell auch bei Thermografiefirmen ausgeliehen werden.
  • Ein einfaches Experiment mit einer Rotlichtlampe und einem Wasserbecken zeigt, dass Infrarotstrahlung von Wasser absorbiert wird. Dieser Effekt kann bei der spektrometrischen Analyse ferner Planeten als Nachweismöglichkeit für Wasser in der Atmosphäre dienen.
  • Das Modell eines Wassermoleküls - drei durch Spiralfedern aus Metall verbundene, schwingende Holzkugeln - veranschaulicht die Resonanz der Wassermoleküle bei der Absorption von Infrarotstrahlung.

Poster dieser Station

5_suche_nach_leben.pdf
 

Informationen zum Autor

Dr. Olaf Fischer studierte Physik und Astronomie an der Friedrich-Schiller-Universität in Jena (Diplomlehrer-Abschluss). Nach kurzer Lehrertätigkeit promovierte er 1993 an der Jenaer Universitäts-Sternwarte, arbeitete für das Max-Planck-Institut für Astronomie und ist seit 1997 als Mittler zwischen astronomischer Wissenschaft und ihrer Lehre aktiv. 2005 habilitierte er in der Didaktik der Physik und Astronomie. Zurzeit ist Herr Dr. Fischer für das Projekt Wissenschaft in die Schulen! tätig.

  • Mehr Infos im Autorenverzeichnis
    Hier können Sie Kontakt mit Herrn Dr. Fischer aufnehmen. Zudem finden Sie hier eine Liste mit allen Lehrer-Online-Beiträgen des Autors.
Themenportal
 
Verwandte Themen
 
Unsere Empfehlungen für Sie
 
Explore Science
  • Explore Science
    Naturwissenschaftliche Erlebnistage der Klaus Tschira Stiftung
Wissenschaft in die Schulen!
Internationales Astronomiejahr
Newsletter abonnieren
 
Impressum | Datenschutz | Über uns | RSS-Feeds | Seite bookmarken:  del.icio.us Yahoo! My Web google Bookmarks Digg Mister Wong OneView MerklisteEmpfehlenDruckenSeitenanfang
Nicht redaktionelle Inhalte nach § 6 TMG von anderen Anbietern als Lehrer-Online werden durch den Namen des Anbieters gekennzeichnet.