Natalie Fischer
05.02.2009

Der Satellit Herschel auf dem Weg zu den Lagrange-Punkten

Das Herschel Space Observatory, kurz Herschel, wird von der ESA im Jahr 2009 zu einem so genannten Lagrange-Punkt geschickt. Hier kann der Satellit - weitgehend ungestört von der Infrarot-Strahlung der Sonne und der Erde - den Weltraum nach unsichtbaren Wärmestrahlen durchmustern, immer auf der Suche nach den kosmischen Ursprüngen.
 

Die Bahnen natürlicher und künstlicher Himmelskörper im Weltraum werden im Unterricht im Rahmen der Anwendungen des Gravitationsgesetzes unter vereinfachten Annahmen exakt berechnet. Dem dort behandelten und exakt lösbaren Zwei-Körper-Problem mit seinen klassischen Kegelschnitten als Lösung der Gravitationsgleichung wird nun ein dritter Körper hinzugefügt. Die daraus resultierenden Bahnen sind weitaus komplexer und warten mit Überraschungen auf (Lagrange-Punkte), deren Konsequenzen sich in der Natur beobachten lassen ("Trojaner") und die sich auch die Raumfahrt zu Nutze macht. Die hier vorgestellte Unterrichtseinheit wurde im Rahmen des Projektes Wissenschaft in die Schulen! (WiS!)entwickelt. Sie ist Teil einer Materialsammlung zum Thema Herschel, die Lehrerinnen und Lehrer als Sonderheft kostenfrei bestellen können (siehe Links und Literatur).

Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler sollen

  • sich experimentell und theoretisch mit dem Gravitationsgesetz vertraut machen und erkennen, dass die auf der Erde entdeckten physikalischen Gesetze auch im Weltraum gültig sind.
  • sich durch einfache Berechnungen mit den Geschwindigkeiten und Bahnformen vertraut machen, die Satelliten im Weltraum haben oder sogar haben müssen.
  • selbst "Satellitenbahnen" mithilfe von Lissajous-Figuren untersuchen (Fadenpendel, Oszilloskop, Java-Applets).
  • mithilfe einer Computersimulation die Standorte der "Trojaner" herausfinden, kleiner Jupitermonde, die sich in den Lagrange-Punkten des Systems Sonne-Jupiter-Jupitermonde bewegen.

Kurzinformation zum Unterrichtsmaterial

ThemaLagrange-Punkte: besondere Satellitenbahnen
AutorinNatalie Fischer
FächerPhysik (Mechanik), Astronomie (Raumfahrt); Fächerverknüpfungen: Astronomie-Mathematik (Lösung von Differnzialgleichungen, grafische Darstellung)
Zielgruppeab Klasse 10
Zeitraumetwa 4 Stunden (variabel, je nach Auswahl der Materialien)
Technische VoraussetzungenComputer mit Internetzugang (Online-Applets) und Beamer; gegebenenfalls Materialien für die Herstellung von Lissajous-Figuren (Fadenpendel)

Didaktisch-methodischer Kommentar

Ausgehend vom klassischen Zwei-Körper-Problem kommen wir der Natur der Bewegung der Himmelskörper durch die Hinzunahme eines kleinen, dritten Probekörpers näher. Welche Bahnen sind nun möglich (Lissajous-Figuren), welche natürlichen Phänomene lassen sich so erklären (Trojaner), und welche Möglichkeiten bieten diese Überlegungen für die Raumfahrt (Lagrange-Punkte)? Die Antworten werden sowohl auf dem Papier, am Experimentiertisch als auch mithilfe des Computers (Simulation) gefunden.

  • Fachlicher Hintergrund, Experiment und Simulationen
    Hier finden Sie eine kurze Darstellung der Missionsziele von Herschel, einen Überblick über die Themen der Unterrichtseinheit und ausführliche Hintergrundinformationen.

Internetadresse

Zusatzinformationen

Informationen zur Autorin

Natalie Fischer studierte Physik mit Schwerpunkt Astronomie und Umweltphysik an der Rheinischen Friedrich-Wilhelm-Universität Bonn, RWTH-Aachen und der Universität Heidelberg (Diplom-Physik). Nach mehreren Jahren Tätigkeit im wissenschaftlichen Buchbereich, sowohl als Autorin als auch als Redakteurin, arbeitet sie jetzt an der Astronomieschule e.V. an der Landessternwarte Heidelberg im Bereich Astronomie für Schülerinnen, Schüler und Lehrpersonen. Sie ist Autorin bei Wissenschaft in die Schulen!.

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