Wie groß ist das?

Schülerinnen und Schüler fotografieren mit einfachen Mitteln astronomische Objekte. Aus der Bildgröße gewinnen sie quantitative Informationen - den Durchmesser, und für Sonne und Jupiter die Dichte und die Masse. Eine digitale Spiegelreflexkamera ist dabei ein mächtiges Hilfsmittel, die grundlegenden Prinzipien können über eine ausführliche Besprechung der Lochkamera erläutert werden.
 

Bereits die saubere Abbildung der Sonnenscheibe mit einer kleinen Lochblende erlaubt bei gutem Wetter zur Unterrichtszeit eine grobe Bestimmung der Dichte der Sonne. Mit einer digitalen Spiegelreflexkamera können Schülerinnen und Schüler ohne weitere Hilfsmittel Fotos von Sonne (Vorsicht: Geeignete Filterfolie verwenden!) und Mond aufnehmen. Bei bekannter Entfernung der Objekte kann dann ihre Größe bestimmt werden. Mit frei zugänglicher Software wird die Objektgröße in Pixeln bestimmt und dann in Millimeter umgerechnet. Zur Bestimmung der wahren Größe genügt eine Gleichung, welche die gleiche Struktur hat wie die Abbildungsgleichung der Lochkamera. Die Kombination aus digitaler Spiegelreflexkamera und Schulfernrohr erlaubt die Anwendung des Verfahrens auf weitere Objekte innerhalb und außerhalb des Sonnensystems. In diesem Beitrag werden Fotos und Rechenbeispiele für den Unterricht vorgestellt.

 

Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler sollen

  • astronomische Objekte fotografieren. (Falls dazu keine Möglichkeit besteht, kann mit den hier zur Verfügung gestellten Fotos gearbeitet werden.)
  • den Aufbau eines Newton-Teleskops und einer digitalen Spiegelreflexkamera kennen (vor dem eigentlichen Einstieg in diese Unterrichtseinheit wie in vielen Schulbüchern dargestellt besprechen).
  • mit den Abbildungsgleichungen der geometrischen Optik Berechnungen durchführen.
  • mithilfe der Bildbearbeitungssoftware "Irfan View" Bildgrößen in Pixeln bestimmen und diese in Millimeter umrechnen.
  • den wahren Durchmesser astronomischer Objekte bei bekannter Entfernung berechnen.
  • Dichte und Masse von Sonne und Jupiter aus selbst aufgenommenen Fotos mithilfe des dritten Keplerschen Gesetzes bestimmen (Oberstufe).

Kurzinformation zum Unterrichtsmaterial

ThemaWie groß ist das? - Bestimmung der Größe astronomischer Objekte
AutorMatthias Penselin
FächerPhysik, Naturwissenschaft und Technik, Astronomie, Mathematik
ZielgruppeEinsatz der Lochkamera: ab Klasse 6
Größenbestimmungen: ab Klasse 8 (Umformen einfacher Bruchgleichungen)
Bestimmungen von Masse und Dichte: Oberstufe (drittes Kepplersches Gesetz)
Zeitraum2-8 Stunden
Technische VoraussetzungenLochblende, Schirm, optische Bank für die Lochkamera; digitale Kamera für "Freihandfotos" von Sonne (geeignete Filterfolie verwenden!) und Mond; digitale Spiegelreflexkamera und Schulfernrohr für Venus, Jupiter und Messier-Objekte
SoftwareBildbearbeitungssoftware Irfan View (kostenfreier Download)

Didaktisch-methodischer Kommentar

Viele Menschen schauen bei Beobachtungsabenden, nachdem sie durch das Fernrohr geblickt haben, verblüfft auf die Stelle am Himmel, auf die das Fernrohr gerichtet ist. "Ist das wirklich da?" - dieser Gedanke scheint auch 400 Jahre nach Galileo Galilei (1564-1642) immer noch durch viele Köpfe zu gehen. Viele fragen: "Wo ist das, was ich eben gerade gesehen habe? Wie haben Sie das gefunden? Was ist das, was man da sieht? Woher können wir wissen, wie groß und wie schwer das ist?" Auf die letzten beiden Fragen sollen Schülerinnen und Schüler - möglichst zur normalen Unterrichtszeit - anhand selbst gemachter Fotos möglichst eigenständig mit modernen Arbeitstechniken, aber mit einfachen mathematischen Hilfsmitteln, quantitativ richtige Antworten finden.

  • Einsatz der Lochkamera
    Bei bekannter Entfernung kann man die Größe der Sonne mit einer Verhältnisgleichung berechnen. Das dritte Kepler-Gesetz erlaubt grob die Bestimmung der Dichte der Sonne ohne Kenntnis ihrer Entfernung.

Download

Fotomaterial und Musteraufgaben

wie_gross_ist_das.zip
 

Informationen und Musterlösungen für Lehrkräfte

Internetadressen und Literatur

Software

Literatur

  • Penselin, Matthias
    Astrofilme selbst gemacht, Astronomie+Raumfahrt im Unterricht 2009, Heft 3/4
  • Karkoschka, Erich
    Erich Karkoschka, Atlas für den Himmelsbeobachter, Frankh-Kosmos Verlags-GmbH, 1997

Informationen zum Autor

Matthias Penselin hat in Heidelberg Physik studiert und in Berlin sein zweites Staatsexamen abgelegt. Nach einer Ausbildung zum Waldorfoberstufenlehrer hat er sechs Jahre an der Freien Waldorfschule Schwäbisch Hall unterrichtet. Zurzeit arbeitet Matthias Penselin am Albert Schweitzer Gymnasium in Crailsheim als Lehrer für Physik, Mathematik sowie Naturwissenschaft und Technik.

  • Mehr Infos im Autorenverzeichnis
    Hier können Sie Kontakt mit Herrn Penselin aufnehmen. Zudem finden Sie hier eine Liste mit allen Lehrer-Online-Beiträgen des Autors.

Danksagung

Die hier vorgestellten Ergebnisse wären ohne die Unterstützung der Astronomie-AG durch Förderer nicht zustande gekommen: Der Kauf der Montierung unseres Teleskops wurde von der Wilhelm und Else Heraeus Stiftung finanziert. Der Förderverein des Albert Schweitzer Gymnasiums Crailsheim ermöglichte die Anschaffung der digitalen Spiegelreflexkamera. Den vielen Freunden von www.astronomie.de und www.astrotreff.de sei Dank wegen der vielen Praxistipps!

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