Die Entfernung der Galaxie M100

Schülerinnen und Schüler werten mithilfe von Daten des Hubble-Weltraumteleskops die Perioden und scheinbaren Helligkeiten von Cepheiden-Veränderlichen in der Galaxie M100 aus und ermitteln so deren Entfernung.
 

Die Helligkeit der Delta-Cephei-Sterne variiert periodisch. Eine bestimmte Periodenlänge entspricht dabei einer ganz bestimmten mittleren Strahlungsleistung. Diese wiederum ergibt zusammen mit der scheinbaren Helligkeit die Entfernung. Voraussetzung dafür ist allerdings, dass die Entfernungsskala mithilfe von solchen Cepheiden geeicht wurde, deren Entfernung auf ganz unabhängige Weise ermittelt werden kann. In diesem Zusammenhang spielt die in der Unterrichtseinheit Die Entfernung der Supernova SN 1987A bestimmte Entfernung zur Supernova in der Großen Magellanschen Wolke eine Schlüsselrolle: In dieser findet man nämlich sehr viele veränderliche Sterne vom Typ Delta Cephei, deren Entfernungsskala mithilfe der Supernova mit bisher nicht gekannter Präzision geeicht werden kann. Neben den Arbeitsmaterialien und Aufgabenstellungen für die Schülerinnen und Schüler stellen wir im geschützten Downloadbereich auch eine Handreichung für Lehrkräfte mit weiteren ausführlichen Informationen zur Verfügung.

Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler sollen

  • die Ursachen des Lichtwechsels von Delta-Cephei-Sternen verstehen.
  • Lichtkurven von Cepheiden auswerten und mithilfe dieser "Standard-Kerzen" die Entfernung von M100 bestimmen.
  • dazu angeregt werden, den Namensgeber der Cepheiden im Sternbild Kepheus oder andere Cepheiden selbst zu beobachten.

Kurzinformation zum Unterrichtsmaterial

ThemaDie Entfernung der Galaxie M100
AutorProf. Dr. Karl-Heinz Lotze, Dr. André Diesel
FachAstronomie, Astronomie AG
ZielgruppeSekundarstufe II
Zeitraumetwa 15 Stunden
Technische Voraussetzungenoptional: Computer mit Beamer (Präsentation von Bildmaterialien); Planetariumssoftware zur Planung eigener Beobachtungen

Didaktisch-methodischer Kommentar

Obwohl in den Details durchaus kompliziert, sind die Prinzipien der Entfernungsbestimmungen einfach genug, um von Schülerinnen und Schülern der Oberstufe verstanden und angewandt werden zu können. Aus der Mathematik werden in dieser Unterrichtseinheit lediglich Kenntnisse über den dekadischen Logarithmus vorausgesetzt.

Download

Arbeitsmaterialien

schueler_entfernung_von_m100.pdf
 

Informationen für Lehrerinnen und Lehrer

Internetadressen

Literatur

  • Freedman, W.L., Madore, B.F., Mould, J.R. und andere
    Distance to the Virgo cluster galaxy M100 from Hubble Space Telescope observations of Cepheids, Nature 371 (1994) 757-762
  • Gaposhkin, S. I.
    The Large Magellanic Cloud: Its Topography of 1830 Variable Stars, Smithsonian Institution Astrophysical Observatory Special Report Nr. 310, Cambridge (MA) 1970

Informationen zu den Autoren

Prof. Dr. Karl-Heinz Lotze ist Leiter der Arbeitsgruppe Fachdidaktik der Physik und Astronomie an der Physikalisch-Astronomischen Fakultät der Friedrich-Schiller-Universität Jena.

Dr. André Diesel ist Diplom-Biologe und Fachredakteur für Naturwissenschaften im Projekt "Naturwissenschaften entdecken!".

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