MINT: Willkommen im Fachbereich

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 steht im Downloadbereich auch eine Handreichung für Lehrkräfte mit weiteren ausführlichen Informationen zur Verfügung. 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. Die kosmische Entfernungsskala Methoden der Entfernungsbestimmung: Schülerinnen und Schüler erklimmen zwei Stufen der kosmischen Entfernungsleiter. Informationen und Materialien zur Entfernungsberechnung von M100 Wie entsteht der Lichtwechsel der Cepheiden-Veränderlichen? Welche Eigenschaften machen sie zu Entfernungsindikatoren? Die Schülerinnen und Schüler verstehen die Ursachen des Lichtwechsels von Delta-Cephei-Sternen. werten Lichtkurven von Cepheiden aus und bestimmen mithilfe dieser "Standard-Kerzen" die Entfernung von M100. werden dazu angeregt, den Namensgeber der Cepheiden im Sternbild Kepheus oder andere Cepheiden selbst zu beobachten. Freedman, W.L., Madore, B.F., Mould, J.R. und andere (1994): Distance to the Virgo cluster galaxy M100 from Hubble Space Telescope observations of Cepheids, Nature 371 (1994), Seite 757-762. Gaposhkin, S. I. (1970): The Large Magellanic Cloud: Its Topography of 1830 Variable Stars, Smithsonian Institution Astrophysical Observatory Special Report Nr. 310, Cambridge (MA) 1970. Für die nähere Umgebung: Radarechos und trigonometrische Parallaxe Vergleichsweise kleine Entfernungen, wie die innerhalb unseres Sonnensystems, lassen sich aus der Laufzeit von Radarechos ermitteln. Für die Sterne der näheren Sonnenumgebung ist die Methode der trigonometrischen Parallaxe anwendbar. Sie beruht auf der Messung der Verschiebung dieser Sterne gegenüber sehr viel weiter entfernten Sternen, wenn man sie von verschiedenen Positionen der Erdbahn aus beobachtet. Dieser Effekt ist vergleichbar mit der Erfahrung, dass man ein und dasselbe Objekt einer Landschaft aus einem fahrenden Zug heraus auf dauernd wechselnde Punkte am Horizont projiziert. Erscheint, von einem Stern aus gesehen, die große Halbachse der Erdbahn unter einem Winkel von einer Bogensekunde, so hat er eine Entfernung von einem Parsec (1 Parsec = 3,26 Lichtjahre). Bei viel weiter entfernten Objekten kommen andere Methoden zur Entfernungsbestimmung in Betracht: Vergleich der wahren (etwa in Parsec gemessenen) Größe der Objekte mit dem Winkeldurchmesser, unter dem sie dem Betrachter erscheinen. Vergleich der absoluten Helligkeit (oder Leuchtkraft) der Objekte mit der scheinbaren Helligkeit, die sie für den Beobachter haben. Beide Methoden sind dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer relativ leicht zu bewältigenden und einer schwierigen Aufgabenstellung bestehen. Scheinbare Helligkeiten und Winkeldurchmesser sind der Messung direkt zugänglich. Aussagen über die Leuchtkraft oder die wahre Größe von Himmelsobjekten sind viel schwieriger zu treffen und erfordern in der Regel ein tiefes Verständnis der physikalischen Natur dieser Objekte. In zwei Projekten lernen die Schülerinnen und Schüler ein Beispiel für je eine der Methoden zur Bestimmung großer Entfernungen kennen. Nachdem zuvor in der Unterrichtseinheit Die Entfernung der Supernova SN 1987A (siehe auch Fosbury, 1994) das erste Verfahren praktiziert wurde, kommt in dem hier vorgestellten Projekt die zweite Methode zum Einsatz: der Vergleich von scheinbarer und absoluter Helligkeit bei Delta-Cephei-Sternen zur Entfernungsbestimmung der Spiralgalaxie M100 im Virgo-Galaxienhaufen. Dabei hat die Durchsichtigkeit des Messprinzips gegenüber der erreichten Genauigkeit aus didaktischen Gründen den Vorrang. "Standard-Kerzen" im All Veränderliche Sterne vom Typ Delta Cephei sind sehr zuverlässige Entfernungsindikatoren, da man durch die Beobachtung ihres regelmäßigen Lichtwechsels zuerst auf ihre Leuchtkraft und dann aus dieser und der scheinbaren Helligkeit auf ihre Entfernung schließen kann. Zu jeder Lichtwechselperiode gehört nämlich eine ganz bestimmte mittlere Leuchtkraft, denn je größer ein Stern ist (je mehr Masse er hat), desto leuchtkräftiger ist er und desto länger braucht er für eine Pulsation. Der Lichtwechsel der Cepheiden mit Perioden bis zu einhundert Tagen ist durch einen raschen Anstieg zum Helligkeitsmaximum und einen vergleichsweise langsamen Abfall zum Minimum gekennzeichnet (Abb. 1). Freie Elektronen verursachen einen Strahlungsstau Cepheiden sind massereiche und leuchtekräftige Sterne, die bereits ein fortgeschrittenes Stadium ihrer Entwicklung erreicht haben, obwohl sie - absolut gesehen - noch jung sind. Ihre Atmosphären, in denen Helium ein wesentlicher Bestandteil ist, befinden sich nicht im hydrostatischen Gleichgewicht. Infolge hoher Temperaturen liegt das Helium normalerweise bereits in einfach ionisierter Form vor. Wenn die Strahlung aus dem Sterninnern den Heliumatomen auch ihr zweites Elektron entreißt, sind viele freie Elektronen vorhanden, die sich mit ihrer großen Beweglichkeit der Strahlung in den Weg stellen und einen Strahlungsstau verursachen. Expansion verschafft Abkühlung Der Strahlungsstau kann sich entladen, indem der Stern expandiert und dabei abkühlt. Bei der Abkühlung können die Heliumkerne viele Elektronen wieder einfangen, so dass die Strahlung wieder besser entweichen kann. Die Gravitation beginnt zu dominieren und veranlasst den Stern zu schrumpfen. Dann beginnt der Zyklus von neuem. Die Unterrichtseinheit basiert auf Daten des Hubble-Weltraumteleskops, das Cepheiden-Veränderliche im Sternenmeer von M100 aufstöberte und deren Zyklen dokumentierte. Abb. 2 zeigt drei zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommene Bilder eines Cepheiden, dessen Daten in dieser Übung verwendet werden. Der Stern befindet sich in einem Sternentstehungsgebiet in einem der Spiralarme der Galaxie im Zentrum der - auf dem großen Bild nur scheinbar leeren - Region des kleinen Kastens. Während des Projektes zur Entfernungsbestimmung bietet es sich an - soweit dies der Stand des Sternbildes Kepheus ermöglicht - den Namenspatron der Cepheiden-Veränderlichen, Delta Cephei, selbst ins Visier zu nehmen. Der 892 Lichtjahre entfernte Stern ist ein gelber Überriese und schwankt mit einer Periode von etwa 5,4 Tagen in seiner scheinbaren Helligkeit zwischen den Größenklassen +3,6 und +4,6. Schülerinnen und Schüler können mit der Argelander-Stufenschätzmethode selbst eine Lichtkurve des Sterns erstellen. Die Methode wird in der folgenden Unterrichtseinheit von Dr. Olaf Fischer aus Freiburg ausführlich vorgestellt:

Mithilfe von interaktiven Arbeitsblättern und Animationen setzen sich Schülerinnen und Schüler mit dem Lernbereich "Kernumwandlungen – Nutzen und Gefahren" in Einzel- oder Partnerarbeit auseinander.Beim Einstieg in die Thematik wird auf die Entwicklung der wichtigsten Atommodelle eingegangen. Die Bildung von Ionen und Isotopen spielt dabei als Grundlage für die folgenden Themen eine wichtige Rolle. Den zweiten Schwerpunkt bilden der Spontanzerfall und die Freisetzung von radioaktiver Strahlung. Die künstlichen Kernumwandlungen werden mittels Computeranimationen erklärt. Zum Abschluss werden Kenntnisse zur gesteuerten und ungesteuerten Kettenreaktion vermittelt. Dieser Zusammenhang kann ebenfalls in Form von Computeranimationen veranschaulicht und interaktiv bearbeitet werden. Einsatz im Unterricht Der Einsatz der Sammlung von interaktiven Übungen und 3D-Animationen zur Atomphysik sollte unterrichtsbegleitend erfolgen. Nach der Behandlung des jeweiligen Themas im Unterricht (Arbeitsblätter als Word-Dokumente im Download-Paket "atomphysik_materialien.zip") können Übungsphasen im Computerkabinett den Unterricht lebendiger gestalten und zur Binnendifferenzierung genutzt werden. Die Verwendung der 3D-Animationen soll dabei die Anschaulichkeit erhöhen und die Visualisierung der Aufgabenstellung gerade bei den "unsichtbaren" Sachverhalten im submikroskopischen Bereich vereinfachen. Hinweise zur Nutzung der interaktiven Arbeitsblätter In der Klassenstufe 9 hat sich der Einsatz des Beamers bewährt, wenn die Schülerinnen und Schüler die Arbeit mit interaktiven Arbeitsblättern noch nicht gewohnt waren. Für die Eingaben in die Formularfelder der interaktiven Übungen sollte ein Hinweis auf die Notwendigkeit einer korrekten Schreibweise erfolgen. Dies führt zu erhöhter Konzentration und weniger Frusterlebnissen, wenn Fragen inhaltlich richtig, aber infolge falscher Rechtschreibung als falsch beantwortet wurden. Auch Partnerarbeit von Lernenden mit guten Deutschkenntnissen zusammen mit Schülerinnen und Schülern, welchen die deutsche Sprache schwer fällt (Integrationskinder), ist hier gut möglich. Technische Hinweise Um die 3D-Modelle öffnen zu können, ist ein VRML-Plugin nötig. Alle animierten GIFs und interaktiven 3D-Animationen der verwendeten Übungen wurden vom Autor der Unterrichtseinheit mithilfe des 3D-CAD-Programmes FluxStudio erzeugt. Dieses Programm ist für die pädagogische Arbeit als Freeware verfügbar.Die Schülerinnen und Schüler sollen Atommodelle kennen. die alpha-, beta und gamma-Strahlung kennen. künstliche Kernumwandlungen kennen. das Aufstellen von Zerfallsgleichungen beherrschen. erkennen, dass der Unterschied zwischen gesteuerter und ungesteuerter Kettenreaktion für die Nutzung der Kernenergie immens wichtig ist.

Der Wechsel der Venusphasen und die Metamorphose vom Abend- zum Morgenstern bieten ein astronomisches Lehrstück und schulen das räumliche Verständnis. "Sie loderte silbern, entsandte verfliegende Strahlen, brannte in Zacken, und eine längere Flamme schien gleich der Spitze eines Speeres obenauf ihr zu stehen" - so beschreibt Thomas Mann (1875-1955) die Erscheinung der Venus am Himmel über Kanaan in dem Roman "Joseph und seine Brüder". Nach Sonne und Mond ist unser Nachbarplanet das hellste Objekt am Himmel, aber nicht zu jeder Zeit: Bedingt durch die innerhalb der Erdbahn gelegene Umlaufbahn zeigt Venus verschiedene Phasen (Vollvenus, Halbvenus, Neuvenus) und dabei eine erhebliche Veränderung des scheinbaren Durchmessers. Zum Zeitpunkt ihres größten Glanzes erscheint Venus als breite Sichel. Informationen zur Sichtbarkeit des Planeten am Abendhimmel finden Sie unter Links und Literatur . Zur Vorbereitung der Beobachtung können mithilfe kostenfreier Planetarium-Software (z.B. Stellarium ) Simulationen durchgeführt und Sternkarten ausgedruckt werden. Beobachtung ohne optische Hilfsmittel Eine Beobachtung der Venus über einen längeren Zeitraum, insbesondere die "Metamorphose" vom Morgenstern zum Abendstern - bietet ein schönes astronomisches Lehrstück. Schülerinnen und Schüler können die Dynamik des Sonnensystems dabei ganz ohne optische Hilfsmittel erleben. Sie verstehen den Wandel vom Abend- zum Morgenstern als Projektion eines einfachen Manövers an die Himmelskugel: Venus überholt die Erde auf der "Innenbahn". Ausführliche Hinweise zur Beobachtung und Dokumentation von Planetenbewegungen über einen längeren Zeitraum finden Sie in dem Beitrag zur Allgemeine Hinweise zur Planetenbeobachtung . Beobachtung der Venusphasen Mit dem bloßen Auge sind im Laufe von Wochen und Monaten lediglich deutliche Veränderungen der Venushelligkeit erkennbar. Das zugrunde liegende Zusammenspiel von Venusgröße und -phase offenbart sich allerdings erst beim Blick durch optische Hilfsmittel. Wenn Sie keinen Zugriff auf ein Amateurteleskop haben, bietet sich ein Besuch in der nächsten Volkssternwarte an. Falls Sie Hobby-Ornithologen im Kollegium oder Freundeskreis haben: Auch mit einem guten Spektiv lassen sich die Phasen der Venus beobachten. Die schlanke Sichel der erdnahen Venus ist sogar schon mit einem guten Feldstecher (10-fache Vergrößerung) erkennbar. Besonders Scharfsichtigen soll dies sogar mit bloßem Auge gelingen - darauf bezieht sich möglicherweise auch Thomas Manns Beschreibung. Auf den Spuren von Galileo Galilei und Simon Marius Auch ohne die Einbettung in ein längeres Beobachtungsprojekt lohnt es sich, die Schülerinnen und Schüler einen Blick auf die Sichelform des strahlenden Planeten werfen zu lassen. Dabei wandeln sie in den Fußstapfen bedeutender Vorgänger: Galileo Galilei (1564-1642) und der weniger bekannte deutsche Astronom Simon Marius (1573-1624) entdeckten 1610 mit den ersten Fernrohren nahezu zeitgleich die Venusphasen - eine Beobachtung, die zum Sturz des geozentrischen und zur Untermauerung des heliozentrischen Weltbildes beitrug. Entstehung der Venusphasen Geometrische Betrachtungen zur Perspektive unseres Blicks auf die Venus veranschaulichen die Entstehung der Venusphasen. Die Erforschung des Planeten Die Atmosphäre gleicht einem heißen Ozean, der eine dämmrige und von erstarrten Lavaflüssen geprägte Landschaft bedeckt. Die Schülerinnen und Schüler sollen Bewegung und Phasen der Venus durch die Bahngeometrie erklären können und ihr räumliches Vorstellungsvermögen schulen. erläutern können, warum die Entdeckung der Venusphasen durch Galileo Galilei (1564-1642) und Simon Marius (1573-1624) das heliozentrische Weltbild unterstützte. die schon in der Dämmerung strahlende Venus mit eigenen Augen betrachten und - wenn möglich - mithilfe geeigneter optischer Instrumente die Sichelform des Planeten beobachten. die charakteristischen Eigenschaften der Venusatmosphäre und -oberfläche kennen lernen und den Planeten nicht nur als Lichtpunkt betrachten, sondern in ihm eine fremde Welt erkennen. eine astronomische Beobachtung gemeinsam planen und zusammen mit Mitschülern, Lehrpersonen, Eltern, Freundinnen oder Freunden erleben. Planetarium-Software als Werkzeug zur Planung astronomischer Beobachtungen kennen und nutzen lernen. Thema Beobachtung der Venus Autor Dr. André Diesel Fächer Naturwissenschaften ("Nawi"), Astronomie, Astronomie AG Zielgruppe Sekundarstufe I und II Zeitraum variabel: vom einmaligen Beobachtungsabend bis hin zur Dokumentation der Venusbahn über Wochen oder Monate Technische Voraussetzungen Beobachtung mit dem bloßen Auge oder einem guten Feldstecher (dieser ermöglicht zumindest die Betrachtung der schmalen Venussichel); Spektive (40-60-fache Vergrößerung) und kleine Amateurteleskope lassen alle Venusphasen erkennen. Software Planetarium-Software zur Vorbereitung (Beamerpräsentation) oder zum Ausdrucken von Himmelskarten, zum Beispiel Stellarium (kostenfreier Download) Untere und Obere Konjunktion Die innerhalb der Erdbahn kreisende Venus "pendelt" von uns aus gesehen zwischen der größten westlichen und der größten östlichen Elongation hin und her (Abb. 1). Im Gegensatz zu Mars und den äußeren Planeten ist bei Venus und Merkur zwischen der unteren und der oberen Konjunktion zu unterscheiden. In den Zeiten um beide Konjunktionen befinden sich die inneren Planeten nahe bei der Sonne am Taghimmel und sind nicht zu beobachten (ähnlich der "Neumondsituation"). Zum Zeitpunkt der unteren Konjunktion ist Venus etwa 40 Millionen Kilometer von der Erde entfernt, zum Zeitpunkt der oberen Konjunktion etwa 150 Millionen Kilometer. Daraus ergeben sich die deutlichen Änderungen des scheinbaren Durchmessers des Planetenscheibchens an unserer Himmelskugel. Venustransite Wenn sich Merkur oder Venus zum Zeitpunkt der unteren Konjunktion genau zwischen Erde und Sonne befinden, ist ein so genannter Transit zu beobachten: Der Planet wandert als schwarzes Scheibchen über die Sonnenscheibe. Aufgrund der nicht ganz identischen Bahnebenen der Planeten geschieht dies jedoch nur selten (aus demselben Grund haben wir auch nicht bei jedem Neumond eine Sonnenfinsternis). Abb. 2 zeigt den Venustransit von 2004, aufgenommen von einer Schülergruppe am Gymnasium Isernhagen (Niedersachsen). Der nächste Venustransit am 6. Juni 2012 ist, wenn die Sonne in Mitteleuropa aufgeht, schon fast beendet. Der nächste Merkurtransit am 09. Mai 2016 kann dagegen vollständig beobachtet werden. Solche Beobachtungen sind nur mit geeigneten Schutzbrillen und Instrumenten möglich! Phasen der Venus Java-Applet zur Entstehung der Venusphasen Ein Java-Applet von Rob Scharein veranschaulicht dynamisch die Entstehung der Phasen bei den inneren Planeten Venus und Merkur. Sonne, Erde und die Bewegung des inneren Planeten werden in der Aufsicht dargestellt. Zeitgleich sieht man - aus der Perspektive irdischer Beobachter - die Entwicklung der Phasen und die Veränderungen der Größe des Planetenscheibchens. Java-Applet "Phases of the inner planets" (Astronomy and Physics Simulations) Klicken Sie auf der Website von Rob Scharein unter "Solar system explorer" auf das Saturn-Icon vor "Phases of the inner planets". Venus benötigt für die Umrundung der Sonne 243 Tage und um sich einmal um sich selbst zu drehen 225 Tage. Der Drehsinn der Eigenrotation ist bei ihr - als einzigem Planeten - retrograd: Die Sonne geht also im Westen auf und im Osten unter. Daraus ergibt sich, dass auf der Venusoberfläche alle 117 Tage die Sonne aufgeht. Die Ursache für die retrograde Rotation ist nicht bekannt - möglicherweise war hier eine Kollision im Spiel. Ein "Venuszyklus" am Erdhimmel dauert länger als ein Venusjahr, da sich die Erde während eines Venusjahrs ja auch weiterbewegt: Von Neuvenus zu Neuvenus vergehen 584 Erdentage. Im Gegensatz zu den anderen Planeten zeigen Venus und Merkur aufgrund ihrer innerhalb der Erdbahn liegenden Bewegung um die Sonne Phasen: Etwa während der größten östlichen Elongation (siehe Abb. 1) ist eine abnehmende Halbvenus als auffälliger Abendstern zu beobachten. Um den Zeitpunkt der größten westlichen Elongation ist eine zunehmende Halbvenus als Morgenstern zu sehen. Vor oder nach der unteren Konjunktion erscheint Venus (kurz nach Sonnenuntergang beziehungsweise kurz vor Sonnenaufgang) als große, aber sehr schmale Sichel. Um die obere Konjunktion herum erscheint das Planetenscheibchen dagegen voll beleuchtet, aber sehr klein und ist dadurch in der Dämmerung sehr unauffällig. Durch das Zusammenspiel von Entfernung und Beleuchtung (Phase) des Planeten kommen die großen Helligkeitsschwankungen der Venus zustande. An einem bestimmten Punkt zwischen unterer und oberer Konjunktion erstrahlt Venus in ihrem größten Glanz. Zu diesem Zeitpunkt sind 28 Prozent der uns zugewandten Seite des Planeten beleuchtet (Venus erscheint dann als breite Sichel). Abb. 3 zeigt die Entwicklung der abnehmenden Venus bis hin zur scharfen Sichelform. Die Aufnahmen stammen von Jens Hackmann. Weitere Astronomie-Fotos finden Sie auf seiner Homepage: Undurchdringliche Wolkenschicht Venus wird von dichten Wolken eingehüllt, die Teleskopen den Blick auf die Oberfläche verwehren und den Planeten als "Billardkugel" erscheinen lassen. Abb. 4 zeigt ein Venus-Portrait, aufgenommen von der NASA-Sonde Mariner 10. Die dichte Wolkendecke sorgte vor der Ära der Raumsonden für vielfältige Spekulationen. So vermutete man unter den Wolken eine Landschaft, die der der "Urerde" vor 200 Millionen Jahren entsprechen sollte, bedeckt von dampfenden Dschungeln, durch die saurierähnliche Geschöpfe stapfen sollten. Die Wolkendecke macht Venus nicht nur geheimnisvoll, sondern sorgt auch für den strahlenden Glanz des Planeten an unserem Himmel: Drei Viertel des Sonnenlichtes werden von den Wolken reflektiert. Planet im Fieber Als 1970 erstmals eine russische Raumsonde auf der Nachtseite des Planeten landete (Venera 7), meldete sie eine Temperatur von 475 Grad Celsius und den enormen Druck von 90 Erdatmosphären - das entspricht etwa dem Druck in 900 Metern Wassertiefe. Zwei Jahre später schickte eine weitere russische Sonde ähnliche Werte von der Tagesseite. Unter den dampfdruckkesselartigen Bedingungen verhält sich die Atmosphäre wie ein heißer Ozean, der die Temperaturunterschiede zwischen Tag- und Nachtseite ausgleicht. Die Zusammensetzung der Atmosphäre - 96 Prozent Kohlenstoffdioxid! - macht Venus zur perfekten Strahlungsfalle, die den Planeten in ein Dauerfieber versetzt. Der Treibhauseffekt wird noch verstärkt von Wasserdampfspuren und den Wolken aus 80-prozentiger Schwefelsäure, die die von der Oberfläche reflektierte Strahlung nicht in den Weltraum entkommen lassen. Der Schwefel wurde ursprünglich durch vulkanische Aktivitäten in Form von Schwefeldioxid ausgestoßen. Turbulente Atmosphäre Die amerikanischen Pionier-Sonden erkundeten in den siebziger Jahren die Zusammensetzung der Venusatmosphäre. Die von der Erde aus sichtbaren Wolken befinden sich etwa 65 Kilometer über der Oberfläche und werden von heftigen Winden (350 Kilometer pro Stunde) in nur vier Tagen um den gesamten Planeten gejagt. Wenige Kilometer darunter gehen die Wolken in eine gelbliche Dunstschicht über, die möglicherweise aus Schwefelsäuretröpfchen besteht. Etwa 50 Kilometer über der Oberfläche findet sich die dichteste Wolkenschicht. Aus ihr fällt ständig saurer Regen, der jedoch verdampft bevor er die Oberfläche erreicht. Auf dieser sind die Winde eher schwach (wenige Stundenkilometer). Die 2005 gestartete ESA-Sonde Venus Express umkreist den Planeten und erforscht dessen Atmosphäre und Klima genauer. Abb. 5 zeigt ein Wirbelsturmsystem, das von der Sonde fotografiert wurde. Blitzgewitter und dämmrige Tage Unterhalb der Wolken erzeugen zahlreiche Blitze ein verschwommenes Glühen - dass es dabei heftig grollen muss, kann man sich vorstellen. Nur ein Prozent des Sonnenlichts erreicht die Venusoberfläche. Hier ist es immer dämmrig, etwa wie an einem wolkenverhangenen Tag auf der Erde. Eine junge vulkanische Landschaft Die ersten Fotos der Oberfläche machten russische Raumsonden in den siebziger Jahren. Viele Bilder finden Sie auf der Website von Don P. Mitchell (siehe unten). Eine systematische Untersuchung der Oberfläche erfolgte durch die NASA-Sonde Magellan in den Jahren 1989 bis 1994. Die Sonde umkreiste den Planeten und durchdrang mit ihrem Radarauge die dichte Wolkendecke. Aus den gewonnenen Daten wurde eine detaillierte Karte erstellt, die 98 Prozent der Venusoberfläche erfasst. Von erstarrten Lavaströmen bedeckte Ebenen prägen weite Teile des Planeten. Es gibt aber auch Hochebenen, Gebirge und Vulkane. Der Computer kann aus den Radardaten dreidimensionale Reliefs berechnen und aus jeder gewünschten Perspektive darstellen. Abb. 6 zeigt ein solches Bild von Maat Mons, dem mit acht Kilometern höchsten Vulkan der Venus. 85 Prozent der Planetenoberfläche scheinen vor erst 500-800 Millionen Jahren aus einer gigantischen Lavaflut hervorgegangen zu sein, die das Vorgängerrelief kilometerdick bedeckte. Globaler Katastrophenzyklus oder langsames Ausklingen des Vulkanismus? Die von der Erde bekannte Plattentektonik gibt es auf der Venus nicht. Einige Wissenschaftler vermuten daher, dass die vulkanische Freisetzung von Wärme auf der Venus nicht - wie auf der Erde - kontinuierlich erfolgt. Sie glauben, dass Venus ihren geologischen Wärmehaushalt über einen periodischen Vulkanismus reguliert, der in heftigen Schüben ausbricht und dabei die Oberfläche des Planeten rundum erneuert. Andere Wissenschaftler favorisieren dagegen ein langsames Ausklingen der vulkanischen Aktivitäten während der letzten zwei Milliarden Jahre. Beide Hypothesen erklären, warum Einschlagkrater von Meteoriten auf der Venusoberfläche nicht älter als etwa 750 Millionen Jahre sind. Literatur Die astronomischen Jahrbücher informieren über die wesentlichen Ereignisse und deren Begleitumstände: Ahnert Astronomisches Jahrbuch, Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft (Heidelberg) Keller Kosmos Himmelsjahr, Kosmos Verlag (Stuttgart)

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema Oasen machen sich die Lernenden mit verschiedenen Oasenmodellen vertraut und analysieren eine Flussoase im Satellitenbild. Im anschließenden Vergleich von Modell und Karte erörtern sie, wie gut das Modell die Realität abbildet. Die Materialien sind auf Deutsch und auf Englisch verfügbar und somit auch im englisch-bilingualen Unterricht einsetzbar.Die Schülerinnen und Schüler lernen die grundlegenden Modelle von Oasentypen kennen. Das zentrale Element der Lerneinheit stellt das Beispiel der Flussoase dar. Auf der Grundlage eines Satellitenbildes können die Schülerinnen und Schüler interaktiv eine thematische Karte erstellen. Diese Karte wird anschließend mit dem Modell der Flussoase verglichen, um so die Unterschiede zwischen Modell und Wirklichkeit zu erfassen. Die Unterrichtseinheit entstand im Rahmen des Projekts Fernerkundung in Schulen (FIS) am Geographischen Institut der Universität Bonn. FIS beschäftigt sich mit den Möglichkeiten zur Einbindung des vielfältigen Wirtschafts- und Forschungszweiges der Satellitenfernerkundung in den naturwissenschaftlichen Unterricht der Sekundarstufen I und II.Der Lehrplan Erdkunde für die Sekundarstufe I sieht in NRW den Themenbereich "Trockenräume" und in diesem Zusammenhang die Auseinandersetzung mit unterschiedlichen Oasentypen und ihrer modellhaften Darstellung vor. Die Unterrichtseinheit ist so konzipiert, dass sie im Erdkundeunterricht im Rahmen des Themenfeldes Trockenräume eingesetzt werden kann. Sie kann aber ebenso gut als Ergänzung (zum Beispiel als Station) eingesetzt oder im Rahmen eines fächerübergreifenden Unterrichts mit dem Fach Physik kombiniert werden. Das Ziel der Unterrichtseinheit "Oasen - von nah und fern erkundet" ist die Annäherung an die abstrahierende Darstellung eines Modells mithilfe eines Satellitenbildes. Darüber hinaus werden die angewendeten Fernerkundungsmethoden anhand der zugrundeliegenden allgemeinen physikalischen und methodischen Grundlagen erläutert. Aufbau des Computermoduls Das interaktive Modul "Oasen - von nah und fern erkundet" gliedert sich in eine Einleitung und zwei darauf aufbauende Bereiche mit Aufgabenstellungen und Quiz. Inhalte des Computermoduls Der Aufgabenteil besteht aus einem interaktiven Oasenmodell, dem Satellitenbild einer realen Oase sowie einem Vergleich von Modell und Wirklichkeit. Die Schülerinnen und Schüler können ausgewählte Oasentypen modellhaft kennen lernen und beschreiben. lernen die Begriffe "Oase" und "Oasenmodelle" kennen und können sie in eigenen Worten erklären. können die wesentlichen Bestandteile und Inhalte eines Satellitenbildes erfassen und benennen und daraus eine thematische Karte ableiten. setzen sich intensiv mit den Unterschieden zwischen Modell und Wirklichkeit auseinander und können die bestehenden Unterschiede sowie deren Ursachen benennen und erklären. Die Unterrichtseinheit bedient sich der Möglichkeiten des Computers, um die Thematik durch Animation und Interaktion nachhaltig zu vermitteln. Darüber hinaus sind die durchgeführten Analysen am Satellitenbild nur mithilfe eines Rechners durchführbar. Ein Umstand, der den Schülerinnen und Schülern das Medium Computer nicht als reines Informations- und Unterhaltungsgerät, sondern auch als Arbeitswerkzeug näher bringt. Das Modul ist ohne weiteren Installationsaufwand lauffähig. Es wird durch Ausführen der Datei "oasen_startmanager.exe" gestartet. Allgemeine Hinweise Die linke Navigationsleiste dient der Orientierung und zeigt den Lernenden, in welchem Teil des interaktiven Moduls sie sich gerade befinden. Wenn das Modul gestartet wird, ist zunächst nur der einleitende Modulteil aktiv. Um in den zweiten und dritten Modulteil zu gelangen, müssen die Schülerinnen und Schüler einige Aufgaben bearbeiten. Ist ein Teil einmal erfolgreich abgeschlossen, kann zwischen den Modulteilen gewechselt werden. Startbereich Das interaktive Modul "Oasen" ist in drei Bereiche aufgegliedert. Der erste Teil des Moduls ("Oasenmodelle") wird nach dem Start automatisch geladen. Es ist ein Zimmer dargestellt, in dem sich ein Professor auf seine nächste Urlaubsreise vorbereitet. Der Professor fordert die Schülerinnen und Schüler auf, sich über den Begriff der Oasen in seinen Büchern zu informieren. Nachdem sich die Lernenden in das Thema eingelesen haben, müssen sie eine Aufgabe lösen (siehe Abbildung 1, zur Vergrößerung bitte anklicken), um in den nächsten Modulteil zu gelangen. Ein Satellitenbild erforschen Die nächsten beiden Bereiche bieten eine erweiterte Einführung in die unterschiedlichen Darstellungs- und Abbildungsmöglichkeiten von Landschaften (hier einer Flussoase) durch Modelle, durch Satellitenbilder und durch thematische Karten. Im ersten der beiden Bereiche können die Schülerinnen und Schüler mithilfe des computergestützten und interaktiven Lernmoduls die Landschaftselemente des Satellitenbildes erforschen. Hierzu stehen ihnen Bilder in unterschiedlicher räumlicher Auflösung und Darstellungsform sowie eine Info-Box zur Verfügung. Vergleich von Modell und thematischer Karte Im zweiten Teil liegt das Hauptaugenmerk auf dem direkten Vergleich der zwei Darstellungsformen Modell und thematische Karte. Die Schülerinnen und Schüler sollen am Ende des Moduls die verschiedenen Darstellungsformen miteinander vergleichen. Anschließend sollen sie Aussagen darüber treffen, wie gut die Darstellungsformen der Flussoase die Wirklichkeit am Nil abbilden und welche Vor- und Nachteile beide Darstellungen (Modell und Karte) mit sich bringen. Im ersten Teil des Lernmoduls werden die Schülerinnen und Schüler zunächst in die Thematik eingeführt. Im Startfenster sehen sie zunächst einen virtuellen Professor, der sich gerade auf seine nächste Urlaubsreise vorbereitet. Er plant seinen alten Kollegen Rafik zu besuchen, der mit seiner Familie in einer Flussoase in Ägypten wohnt. Die Lernenden werden aufgefordert, sich in einem Buch des Professors über Oasen zu informieren. Indem die Schülerinnen und Schüler interaktiv im Buch des Professors blättern und lesen, erfahren sie, was man unter einer Oase versteht und welche Oasentypen unterschieden werden. Nachdem sie sich mit dem Begriff und den verschiedenen Oasentypen auseinander gesetzt haben, sollen sie ihr Wissen zum Modell der Flussoase in einem Quiz testen. Hierzu gilt es, ein unvollständiges Modell der Flussoase interaktiv zu ergänzen. Bereich 2: Angewandte Fernerkundung Orientierung im Satellitenbild Im zweiten Modulteil wird das bislang erworbene Wissen mit einem Satellitenbild verknüpft. Der Professor besitzt ein Satellitenbild, das einen Ausschnitt des Nils zeigt. Zunächst sind die Schülerinnen und Schüler aufgefordert, sich in dem Satellitenbild zu orientieren und die enthaltenen Landschaftselemente zu erfassen. Dabei ist die "Falschfarbendarstellung" des Satellitenbildes ungewohnt und offenbart, dass es sich nicht um ein gewöhnliches Foto handelt. Die ungewohnte Farbgebung des Satellitenbildes soll den "Forschergeist" der Schülerinnen und Schüler wecken. In der implementierten "InfoBox" finden die Lernenden einen kleinen Exkurs in das Themenfeld der Optik und vertiefende Informationen zu den physikalischen Eigenschaften von Satellitenbildern. Dieser Exkurs kann auch für einen fächerverbindenden Unterricht genutzt werden. Für das "Lesen" des Falschfarbenbildes ist im Modul ein weiteres interaktives Tool in Form einer Lupe implementiert. Fahren die Schülerinnen und Schüler mit dieser Lupe über das Bild, wird der darunter befindliche Bildausschnitt vergrößert dargestellt (siehe Abbildung 2). Neben einer besseren räumlichen Auflösung ist das erscheinende Bild in Echtfarben dargestellt. Nachdem sich die Lernenden mit dem Bild vertraut gemacht haben, können sie es interaktiv in eine thematische Karte umwandeln. Am Ende des Lernprozesses steht eine Landnutzungskarte, in der die eher unübersichtliche und vielschichtige Information des Satellitenbildes in wenigen Klassen aggregiert dargestellt ist. Bereich 3: Überprüfung des Oasenmodells mithilfe der Fernerkundung Im letzten Teil des Lernmoduls erfolgt ein Vergleich zwischen Modell und Wirklichkeit, das heißt: Zu dem im ersten Teil detailliert untersuchten Modell der Flussoase gesellt sich nun eine Karte, die die gleichen Informationen in einer anderen Darstellungsform und Perspektive enthält. Das vereinfachte Modell der Flussoase wird nun mit der ebenfalls vereinfachten Kartendarstellung des Nils verglichen. Zwischengeschaltet war im vorangegangenen Modulteil das die Realität abbildende Satellitenbild. Die Schülerinnen und Schüler können nun die beiden Darstellungsformen miteinander vergleichen und Aussagen darüber treffen, wie gut das Modell der Flussoase die Wirklichkeit am Nil abbildet.

Die Schülerinnen und Schüler informieren sich auf vorgegebenen Internetseiten über frühe Kalender, lernen die Besonderheiten des altägyptischen Kalenders kennen, setzen sich mit dem Julianischen System auseinander und lernen die Vielfalt heutiger Kalendersysteme kennen."Kalender, im Allgemeinen die Zeiteintheilung, Zeitrechnung, wie sie bei den verschiedenen Völkern eingeführt wurde. Im engern Sinne ein dieser Eintheilung entsprechendes Verzeichniß eines Zeitabschnittes (gewöhnlich eines Jahres) nach seinen Unterabtheilungen in Monate, Wochen, Tage, mit Angabe der Feste, der wichtigen astronomischen Erscheinungen etc." - so die Kalenderdefinition in Herders Conversations-Lexikon (1854-1857, Band 3, Seite 528). Terminkalender, Gartenkalender, Ferienkalender, Mondkalender, Adventskalender ... Tagtäglich haben die Menschen mit Kalendern zu tun, nur wenige sind sich jedoch der Ursprünge des Kalenders und der Vielfalt der heute weltweit genutzten Kalendersysteme bewusst. Dabei würde ohne Kalender in Wirtschaft und Politik nichts funktionieren und auch die Geschichtswissenschaft könnte nicht richtig betrieben werden, denn die Einteilung der Zeit in endliche Abschnitte und damit ihre Messbarkeit ist Voraussetzung für die Verständlichkeit des Begriffs Geschichte. Kalender und Zeitrechnung - unverzichtbare Werkzeuge der Historiker Der Mensch gründet seit jeher die Zeitrechnung auf Naturerscheinungen, die für jedermann sichtbar und begreifbar sind und regelmäßig wiederkehren. Mit ihrer Hilfe konnten gleichmäßige, endliche Abschnitte definiert und die Zeit gemessen werden. Und Zeitmessung ist eine notwendige Voraussetzung für Existenz und Verständlichkeit des Begriffs Geschichte. Bei der Ermittlung der "Maßstäbe" der Zeitmessung muss der Historiker die naturwissenschaftlichen Grundlagen der Zeitrechnung (mittlerer Sonnentag, synodischer Monat, tropisches Sonnenjahr) von der Astronomie übernehmen. Internetrecherche In dieser Unterrichtseinheit kommen die Schülerinnen und Schüler bei der Internetrecherche auf vorgegebenen Webseiten von allgemeinen zu jeweils spezielleren Aspekten. Sie müssen auf den Webseiten eigenständig recherchieren, um zu den Ergebnissen zu kommen. Es empfiehlt sich dabei, die Lernenden in Kleingruppen arbeiten zu lassen (zwei bis vier Personen). Die Rechercheergebnisse sollen von den Schülerinnen und Schülern dokumentiert werden (schriftliche Fixierung, eventuell Dokumentation in Form einer Website). Selbstständige und ergebnisorientierte Arbeit Die Schülerinnen und Schüler sollen ergebnisorientiert arbeiten. Es ist nicht vorgesehen, dass die Lehrkraft Inhalte aufbereitet. Ein mögliches Eingreifen der Lehrperson beschränkt sich darauf, eventuelle Fehler der Schülerinnen und Schüler zu korrigieren oder ungenügende Darstellungen durch entsprechende Impulse aufzuwerten. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen erfahren, wann und wo Kalender erstmals entstanden sind. erkennen, welchen Nutzen sich die Erfinder der Kalender versprachen. verschiedene historische und aktuelle Kalendersysteme sowie Kalenderreformen kennen lernen. sich mit der Zeitrechnung und deren Problemen auseinandersetzen. den fachmethodischen Nutzen der Kalendersysteme erkennen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen mit Computer und Internet Rechercheaufgaben zum Thema Kalender bearbeiten. Textarbeit am Bildschirm zielgerichtet erproben. Thema Kalender im Wandel der Zeit Autor Stefan Schuch Fächer Geschichte, Astronomie Zielgruppe Klasse 6-10 Zeitraum 2 Stunden Technische Voraussetzungen je ein Computer mit Internetzugang für zwei Personen

In dieser Unterrichtseinheit zum Braunkohletagebau setzen sich die Lernenden mit dessen vielfältigen Auswirkungen auf ökologische, ökonomische wie auch soziale Aspekte auseinander. Die Materialien sind auf Deutsch und auf Englisch verfügbar und somit auch im englisch-bilingualen Unterricht einsetzbar.Am Beispiel des Braunkohletagebaus Hambach westlich von Köln werden die Entstehung und Lage von Braunkohle sowie die Abbautechniken genau erklärt. Ergänzend vergleichen und bewerten die Schülerinnen und Schüler die Entwicklung verschiedener durch den Braunkohleabbau geprägte Gebiete. Dabei sollen sie die Bedeutung des Braunkohleabbaus für die deutsche Energieversorgung verstehen und die Entwicklung nach der Rekultivierung einschätzen lernen. Die Materialien und computergestützten Anwendungen stammen aus dem Projekt "Fernerkundung in Schulen" (FIS). Das Projekt des Geographischen Institutes der Universität Bonn beschäftigt sich mit den Möglichkeiten zur Einbindung des vielfältigen Wirtschafts- und Forschungszweiges der Satellitenfernerkundung in den naturwissenschaftlichen Unterricht der Sekundarstufen I und II.Der Eingriff des Menschen in den Naturhaushalt lässt sich besonders gut am Beispiel des Braunkohletagebaus ableiten. Der Ausbau der Tagebaugruben führt entsprechend der Größe des Eingriffes in den Landschaftshaushalt zu einer Vielzahl von ökologischen, sozialen und ökonomischen Auswirkungen. Die Untersuchung der Zusammenhänge und ihrer Folgen für Mensch und Natur geschieht dabei immer häufiger mithilfe von Fernerkundung. Auf diese Weise lassen sich zeitliche Veränderungen analysieren, Problemstellungen identifizieren und mögliche Wechselwirkungen zwischen Mensch, Umwelt, Politik und Wirtschaft ableiten. In dieser Unterrichtseinheit zum Braunkohletagebau wird ein breites Spektrum an Fernerkundungsdaten eingesetzt, das den Schülerinnen und Schülern die Vielzahl der Einsatzmöglichkeiten dieser Daten näher bringt. Es gibt immer mehr Open Source-Produkte im GIS-Bereich, die auch für den Einsatz an Schulen geeignet sind. Die beiden hier vorgestellten Software-Pakete LandSerf und Jump4Schools sind einfach zu installieren (nur JAVA erforderlich) und zeichnen sich durch eine einfache Menüführung aus. Unterrichtsverlauf 1. und 2. Stunde Der Einstieg in die Thematik Braunkohletagebau erfolgt über ein Satellitenbild; anschließend erarbeiten die Lernenden den Entstehungsprozess der Braunkohle. 3. Stunde: Digitales Geländemodell Hier finden Sie Informationen zur Installation und Nutzung der Open Source Software "LandSerf", mit der sich das Höhenprofil des Tagebaus darstellen lässt. 4. Stunde: Landschaftswandel durch den Tagebau Im nächsten Schritt analysieren die Lernenden die Landschaftsveränderung durch Braunkohletagebau mithilfe eines Geoinformationssystems (GIS). 5. Stunde: Soziale Folgen des Braunkohletagebaus Die letzte Stunde dieser Unterrichtsreihe untersucht die sozialen Folgen, die mit einer Umsiedelung der Bevölkerung aus den Abbaugebieten des Braunkohletagebaus verbunden sind. Die Schülerinnen und Schüler können mithilfe von Satellitenbildern Landschaftsveränderungen durch den Braunkohletagebau erkennen. können Entstehung, Lage und Abbau von Braunkohle erklären. diskutieren die wirtschaftliche Bedeutung der Braunkohle sowie die ökologischen und sozialen Folgen ihres Abbaus. Zum Einstieg in das Thema bietet sich diese Satellitenaufnahme von Deutschland an (Abbildung 1, Platzhalter bitte anklicken). Zunächst geht es darum, das Rheinische Braunkohlerevier im Satellitenbild zu identifizieren. Dazu wird das Bild mittels Beamer an eine Leinwand projiziert. Die Schülerinnen und Schüler sollen mögliche wirtschaftliche, ökologische und soziale Folgen des Abbaus diskutieren. Mit einem kostenlosen Bildbearbeitungsprogramm (zum Beispiel IrfanView ) kann man stufenlos in das Bild hineinzoomen und die Landschaftsstrukturen westlich von Köln genauer untersuchen. Die Folien 1 bis 4 und das Arbeitsblatt 1 dienen dazu, die wirtschaftliche Bedeutung der Braunkohle genauer zu erarbeiten. Die zweite Stunde dieser Unterrichtsreihe kommt ohne Fernerkundung aus. Aus diesem Grund ist das hier vorgestellte Material nur als Vorschlag zu sehen. Es kann genauso gut mit anderem Material und anderen Ideen gearbeitet werden. Im Idealfall sollte die gesamte Stunde im Computerraum durchgeführt werden. Die Schülerinnen und Schüler können dann die besprochenen Aufgaben selber am Rechner mithilfe von Arbeitsblatt 4 (braunkohle_ab_4_abbau.pdf) erarbeiten. Zur genaueren Analyse der Tagebauflächen eignet sich die Aufnahme des ASTER-Sensors besser als die MODIS-Aufnahme aus Abbildung 1, da diese eine höhere räumliche Auflösung bietet (siehe Abbildung 2). Auch dieses Satellitenbild kann mit einem herkömmlichen Bildbearbeitungsprogramm mittels Beamer an die Wand projiziert werden. Um jedoch die Geländeform zu verdeutlichen, bedienen wir uns im nächsten Schritt eines digitalen Geländemodells. Nun kommt die Software zum Einsatz. Es gibt immer mehr Open Source-Produkte im GIS-Bereich, die sich auch für den Einsatz an Schulen eignen. LandSerf wurde an der City University von London entwickelt. Das Programm gibt es nur mit englischer Menüführung, deshalb - und auch aufgrund der relativen Komplexität - ist es eher für Oberstufenschüler geeignet. LandSerf steht unter www.landserf.org zum Download bereit und ist speziell für die Bearbeitung und Visualisierung von Digitalen Geländemodellen entwickelt worden (siehe auch unter Zusatzinformationen). Die Software basiert auf JAVA , daher muss dies auf den Computern installiert sein. Hinweise zur Arbeit mit LandSerf Der Einsatz von LandSerf im Unterricht sollte durch die Lehrkraft angeleitet werden, das heißt entweder zunächst am Beamer präsentiert oder durch Handreichungen mit Screenshots und Erläuterungen der wichtigsten Funktionen unterfüttert werden. Über den dritten Button von links öffnet man eine Datei. In dem dann erscheinenden Menü wird als Dateityp ArcGIS text raster (.grd, .asc) ausgewählt. Navigieren Sie zu der Datei srtm_rheinland.asc und öffnen Sie sie. Es erscheint bereits farbig eingefärbt das Digitale Geländemodell eines Ausschnitts aus der Region um Köln (siehe Abbildung 3). Gut zu erkennen sind die Gruben der Braunkohletagebaue in der Mitte des Bildes. Mit dem Werkzeug "Profile" (zu finden unter "Info") kann man einen Profilquerschnitt erstellen. Indem man mit dem Mauszeiger eine Linie über die Abraumhalde des Tagebaus Hambach und die Grube zieht, erhält man in dem kleinen Grafikfenster das dazu gehörige Höhenprofil (siehe Abbildung 4). Auf diese Weise lassen sich die tatsächlichen Höhenverhältnisse sehr schön visualisieren und die Lernenden erhalten einen Eindruck von der tatsächlichen Tiefe der Grube. Ein weiteres effektvolles Tool ist der 3D-Viewer (rotes Sternchen in der Button-Leiste oder unter dem Menüpunkt "Display"). Hier wird ein 3D-Eindruck des Geländes erzeugt, durch das die Schülerinnen und Schüler navigieren können. Vergleich der Ergebnisse mit dem Modell Die Schülerinnen und Schüler sollen nun aus den durch die Arbeit mit den ASTER- und SRTM-Daten gewonnenen Erkenntnissen ein Modell des rheinischen Braunkohletagebaus ableiten. Dies geschieht entweder gemeinsam auf einer Folie am Overheadprojektor oder in Einzelarbeit (Arbeitsblatt 4, Aufgabe 1). Die Ergebnisse der Schüler können im Anschluss mit einem offiziellen Modell des rheinischen Braunkohletagebaus verglichen werden (zur Bearbeitung in Einzelarbeit siehe Aufgabe 2 auf dem Arbeitsblatt). Dieses Modell befindet sich auf Folie 6. Wo liegen Gemeinsamkeiten und Unterschiede? Starten Sie das Programm durch Doppelklicken der Datei JUMP4Schools.exe. Die sogenannte JUMP Werkbank öffnet sich. Das Programm unterscheidet beim Datenimport zwischen zwei Datentypen: Karten und Folien. Unter Karten versteht man Rasterbilder, also zum Beispiel eingescannte topographische Karten oder Satellitenbilder. Diese Daten lassen sich in dem Programm nicht weiter verändern und dienen als Hintergrundbild, mit dessen Hilfe man Folien erstellen kann, den zweiten Datentyp. Zum Öffnen oder Neuerstellen von Daten öffnet man das Menü "Karten und Folien". Zum Öffnen eines Satellitenbildes klickt man auf "Karte laden". Zuerst wird das Bild aus dem Jahr 1989 geöffnet (hambach_1989.tif). Im Projektfenster erscheint das Satellitenbild des Tagebaus Hambach in einer Echtfarbendarstellung (Abbildung 5). Im linken Bereich des Projektfensters werden alle Karten und Folien angezeigt, die in das Projekt geladen wurden. Über das Häkchen sind sie an- und abschaltbar. Die Karte dient nun als Hintergrunddarstellung für die folgende Folie. Die Schülerinnen und Schüler können nun eine neue Folie erstellen, in dem sie im Menüpunkt "Karten und Folien" die Option "Neue Folie hinzufügen" auswählen. Eine Folie ist im Gegensatz zu einer (Raster-)Karte eine Vektordatei. Prinzipiell kann es sich dabei um einen Punkt, eine Linie oder ein Polygon handeln. Die einzelnen Eckpunkte der Linien und Polygone können beliebig verschoben werden. Eine kleine Werkzeug-Box öffnet sich. Durch Anklicken der Option "Erzeuge Polygon" (links oben) wird dieses Werkzeug aktiv und der Mauszeiger zu einem Fadenkreuz. Nun können die Lernenden die Umrisse des Tagebaus mit dem Mauszeiger nachzeichnen. Mit einem Doppelklick wird das Polygon geschlossen. Abbildung 6 zeigt das in etwa zu erwartende Ergebnis. Hat man eine neue Folie erstellt, erscheint sie mit dem Namen "Neu" im linken Teil des Projektfensters. Durch einen Doppelklick auf den Namen kann man diesen verändern. Ebenso kann man die Farbdarstellung des Polygons ändern, indem man auf das Palettensymbol ("Darstellung ändern") klickt und eine Farbe auswählt. Will man noch die Fläche des Polygons berechnen lassen, wählt man über den Menüpunkt "Funktionen" die Option "Fläche berechnen". In Kleingruppen analysieren die Schülerinnen und Schüler die Entwicklung in drei verschiedenen Gemeinden. Unter Zuhilfenahme einer Atlaskarte diskutieren die Lernenden die möglichen Folgen des Braunkohletagebaus für die Siedlungsgebiete. Die Arbeitsblätter 5a, 5b und 5c zeigen Zeitreihen in den Gemeinden Bedburg, Jüchen und Niederzier im rheinischen Braunkohlerevier (siehe Abbildung 7). Die Schülerinnen und Schüler können so die Veränderung der Siedlungsstruktur während der letzten Jahrzehnte nachvollziehen und sich mit den sozialen Folgen des Braunkohletagebaus auseinander setzen. Bevor die Schülerinnen und Schüler in die Diskussion starten bleibt zu klären, was mit den ehemaligen Abbauflächen passiert. Folie 7 zeigt eine Karte mit Betriebsflächen, Rekultivierungsflächen und Umsiedelungen.

Die kostenfreie Planetarium-Software Stellarium und die hier bereit gestellten Materialien zum Basteln einer drehbaren Sternkarte bilden eine ideale Grundlage für den Einstieg in die Orientierung am Himmel. Viele Menschen, vor allem Kinder, sind vom Anblick des nächtlichen Sternenhimmels fasziniert. Nur wenige kennen jedoch die wichtigsten Sternbilder und die Möglichkeiten, deren Kommen und Gehen am Himmel zur räumlichen und zeitlichen Orientierung zu nutzen. Diese Unterrichtseinheit stellt Methoden und Materialien für eine solche Orientierung bereit. Im Unterricht entdecken die Schülerinnen und Schülern bei der spielerischen Arbeit mit der Software Stellarium die Sternbilder und die - je nach Jahreszeit und Beobachtungsort - unterschiedlichen Himmelsanblicke. Unterstützt von der drehbaren Sternkarte werden bei späteren Beobachtungen am realen Nachthimmel diese Aspekte wieder entdeckt. Mit älteren Schülerinnen und Schülern können sowohl mit Stellarium als auch mit drehbaren Sternkarten Betrachtungen zum äquatorialen Himmelskoordinatensystem angestellt werden. Stellarium Die Open Source Software Stellarium ist ein einfach zu bedienendes Hilfsmittel für erste Schritte zur Orientierung am Sternhimmel. Das Programm erlaubt es zum einen, die zufällige Anordnung der Sterne durch die bekannten Sternbilder mit der Merkhilfe "Sternbildlinien" zu strukturieren. Zum anderen ermöglicht es Stellarium, Veränderungen des sichtbaren Himmelsausschnitts in Abhängigkeit von der Beobachtungszeit und vom Beobachtungsort zu erkennen. Daneben kann Stellarium das in der Astronomie oft verwendete äquatoriale Himmelskoordinatensystem veranschaulichen. Die Drehbare Sternkarte zum selber Basteln Die Orientierung bei realen nächtlichen Himmelsbeobachtungen erfolgt zumeist nicht mittels Computer, sondern mit einer drehbaren Sternkarte. Eine solche Sternkarte wird von den Schülerinnen und Schülern im Verlauf der beschriebenen Unterrichtseinheit selbst hergestellt, ihre Handhabung wird geprobt, und die mit Stellarium gewonnenen Erkenntnisse werden am Original-Sternhimmel wieder entdeckt und nachvollzogen. "Trockenübungen" mit Stellarium Mithilfe von Stellarium "experimentieren" Schülerinnen und Schüler mit dem Himmel, lernen Sternbilder und das "bewegliche äquatoriale Koordinatensystem" der Himmelskugel kennen. Orientierung am Himmel mit der drehbaren Sternkarte Hier finden Sie Kopiervorlagen, mit denen Schülerinnen und Schüler eine eigene Sternkarte basteln können, sowie eine Bauanleitung und Hinweise zur Nutzung der Karte. Die Schülerinnen und Schüler sollen sich in die Planetarium-Software Stellarium einarbeiten. Sternbilder kennen lernen und diese später mit einer drehbaren Sternkarte am Abendhimmel wieder finden. den mit den Jahreszeiten wechselnden Himmelsanblick mit Stellarium entdecken und diesen Wechsel mit der drehbaren Sternkarte nachvollziehen. die Veränderung des Sternhimmels beim Wechsel des Beobachtungsortes erfahren. eine drehbare Sternkarte aus einfachen Vorlagen selbst herstellen. das Gradnetz des äquatorialen Koordinatensystems am Himmel kennen lernen. Thema Erste Schritte zur Orientierung am Sternhimmel Autor Peter Stinner Fächer Naturwissenschaften ("Nawi"), Geographie, Klassenprojekte Zielgruppe Klasse 5-10 Zeitraum etwa 2-3 Unterrichtsstunden Technische Voraussetzungen Computer für Einzel- und Partnerarbeit, im Idealfall Präsentationsrechner mit Beamer; Laminiergerät, Schere, Locheisen oder Lochzange (Durchmesser 4 mm) zur Herstellung drehbarer Sternkarten Software Stellarium (Planetarium-Software, kostenfreier Download) Den Tag zur Nacht machen Die Software Stellarium ist im Wesentlichen intuitiv bedienbar. Die wichtigsten Funktionen und die Menüsteuerung stellen wir Ihnen kurz im Bereich Fachmedien vor (siehe Stellarium ? ein virtuelles Planetarium für die Schule ). Nach dem Start zeigt Stellarium den der Systemzeit des Rechners entsprechenden Himmelsanblick. In der Schule wird dies normalerweise der Taghimmel sein. Die Sonne bewegt sich mit "realistischer" Geschwindigkeit, also sehr langsam. (Mehrfaches) Betätigen von Button 19 im unteren Menü der Software (Abb. 1, zur Vergrößerung bitte anklicken) beschleunigt die Himmelsbewegung. Mit Button 17 stellt man die Geschwindigkeit wieder auf "normal". Die Schülerinnen und Schüler werden sehen, wie Gestirne im Osten aufgehen, ihren Bahnbogen am Himmel beschreiben und im Westen untergehen. Mit Button 16 lässt sich dieser Vorgang rückwärts abspulen, Nummer 18 setzt den Himmelsanblick zurück auf die Systemzeit des Rechners. Zirkumpolarsterne im Visier Verkleinert man den Maßstab der Himmelsansicht (mit dem Scrollrad der Maus nach unten scrollen), dann erscheinen auch Sterne in größerer Höhe über dem Horizont. Die Schülerinnen und Schüler werden sehen, dass manche Sterne nie untergehen: die Zirkumpolarsterne. Bei unserer geographischen Breite von etwa 50 Grad sind dies alle die Sterne, die um weniger als 50 Grad vom Polarstern entfernt sind. Alles dreht sich um den Polarstern Um den kompletten sichtbaren Himmel darzustellen, scrollt man zunächst nach unten, bis das Bild sich nicht weiter verkleinert. Ziehen des Mauszeigers (bei gedrückter linker Maustaste!), ausgehend von der Bildschirmmitte um wenige Zentimeter nach unten, liefert dann die Projektion des gesamten Himmels auf einen Kreis. Man beschleunigt die Himmelsbewegung und erkennt sofort, dass der komplette Sternhimmel sich um einen über dem Nordhorizont befindlichen Stern dreht - den Polarstern. Der Polarstern ist entgegen landläufiger Meinung nicht der hellste Stern am Himmel und für Anfänger erst einmal gar nicht so leicht aufzufinden. Mithilfe der auffälligen Sternbilder Großer Wagen und Kassiopeia, die beide zirkumpolar und deshalb in jeder Nacht sichtbar sind, gelingt dies jedoch meist problemlos (Abb. 2). Der Polarstern weist in sehr guter Näherung die geographische Nordrichtung. Die Drehung der zirkumpolaren Sternbilder Kassiopeia und Großer Wagen wird sehr schön durch eine Animation bei Wikimedia Commons dargestellt, die auch als Grundlage für Abb. 2 verwendet wurde: Wikimedia Commons: Zirkumpolar ani.gif Animiertes GIF zur Bewegung der zirkumpolaren Sterne Sternbilder sind zufällige Anordnungen von Sternen im dreidimensionalen Raum, projiziert an die Oberfläche der scheinbaren "Himmelskugel". Sterne eines Sternbildes haben in der Regel ganz unterschiedliche Entfernungen von der Erde. Einige der wichtigsten Sternbilder begegneten uns oben bereits im Zusammenhang mit dem Aufsuchen des Polarsterns: Kassiopeia, Großer Wagen und Kleiner Wagen. Die beiden letzteren sind Teile der größeren Sternbilder Großer Bär und Kleiner Bär. Mit Button 1 in der unteren Menüleiste von Stellarium (siehe Abb. 1) lassen sich so genannte "Sternbildlinien" als Strukturierungs- und Merkhilfen einblenden. Button 2 liefert zusätzlich die Sternbildnamen und mit Nummer 3 kann man figürliche Darstellungen der Sternbilder einblenden. Der Wechsel der Jahreszeiten am Himmel Über den zweiten Button von oben in der linken Menüleiste (Abb. 3) kann man die Beobachtungszeit und damit den Himmelsanblick mit den Jahreszeiten variieren. Das unterschiedliche Aussehen des Sternenhimmels in verschiedenen Jahreszeiten, in denen verschiedene Konstellationen den Südhimmel dominieren, wird unmittelbar einsichtig: Frühling* Der Frühlingshimmel wird vom Sternbild Löwe geprägt. *Sommer* Das "Sommerdreieck" mit den hellsten Sternen aus Leier (Wega), Schwan (Deneb) und Adler (Atair) dominiert den Nachhimmel im Sommer. *Herbst* Die "Andromeda-Kette" mit dem "Pegasus-Quadrat" prägt den Anblick des Nachthimmels im Herbst. *Winter Neben dem Sternbild Orion sind die hellen Sterne des "Wintersechsecks" sehr auffällig (Capella im Fuhrmann, Aldebaran im Stier, Rigel im Orion, Sirius im Großen Hund, Prokyon im Kleinen Hund, Kastor und Pollux in den Zwillingen). Reise zu fernen Orten mit Stellarium Die Erklärung dieser jahreszeitlichen Änderungen erfordert einige Zeit und vertiefte Kenntnisse von Erdbahngeometrie und den Eigenschaften der Erdrotation. Hochinteressant ist es nun, die Schülerinnen und Schüler über geeignete Ortseingaben (oberes Icon in der linken Menüleiste, siehe Abb. 3) mit Stellarium in entfernte Länder - insbesondere solche der Südhalbkugel - "reisen" und sich vom dortigen Sternhimmel faszinieren zu lassen. Projiziert man das Gradnetz der Erde vom Erdmittelpunkt aus an die Himmelskugel, erhält man am Himmel das äquatoriale Koordinatensystem (Abb. 4). In Stellarium kann dieses der Himmelsdarstellung per Mausklick hinzugeschaltet werden (Button 4 der unteren Menüleiste, siehe Abb. 1). Das äquatoriale Koordinatensystem ist fest mit dem Himmel verbunden, rotiert also von der Erde aus gesehen um den Polarstern. Stellarium zeigt diese Rotation eindrucksvoll. Man spricht auch vom "beweglichen Äquatorialsystem". Die beiden Koordinaten heißen jetzt nicht mehr Länge und Breite, sondern Rektaszension (RA) und Deklination (DEC). Deklination Die Deklination wird wie auf der Erde in Winkelgraden von -90 Grad bis +90 Grad angegeben. Die Nulllinie der Deklinationsmessung ist der Himmelsäquator, also die zentrische Projektion des Erdäquators an die Himmelskugel. Rektaszension Die Rektaszension wird in Stunden und Minuten angegeben. Da 360 Grad in etwa 24 Stunden Rektaszension entsprechen, entspricht eine Stunde in Rektaszension einem Winkel von 15 Grad. Rektaszensionswerte steigen von West nach Ost. Der Nullpunkt der Rektaszensionsskala liegt im Sternbild Widder. Er ist der so genannte Frühlingspunkt, also der Punkt, in dem die Sonne zu Frühlingsbeginn am Himmel steht. Der Frühlingspunkt ist der Schnittpunkt vom Himmelsäquator mit der Ekliptik, der scheinbaren Bahn der Sonne am Himmel. Der zweite Schnittpunkt von Himmelsäquator und Ekliptik ist der Herbstpunkt. Zu den Zeitpunkten, an denen die Sonne in ihrem scheinbaren Lauf diese Schnittpunkte überquert, herrscht die Tagundnachtgleiche (Äquinoktium). Materialien Die Dateien "grundblatt_sternkarte.jpg", "deckblatt_sternkarte.jpg" und "planetenzeiger_sternkarte.jpg" sind für den Ausdruck auf DIN-A4-Papier beziehungsweise Folie ausgelegt. Die Grafiken sollten vor dem Ausdruck in ihren Größen nicht verändert werden, damit alle Teile später zusammen passen. Ausdrucken, Schneiden, Kleben und Laminieren Beim Erstellen einer drehbaren Sternkarte aus diesen Elementen gehen die Schülerinnen und Schüler wie folgt vor: Grundblatt Das Grundblatt wird auf gewöhnliches Papier farbig ausgedruckt und entlang des äußeren Kreises ausgeschnitten. Eine Laminierung (am besten mit 125 Mikrometer starkem Material) macht die Sternkarte feuchtigkeitsbeständig. Überstehende Laminierung schneidet man ab, lässt aber etwa fünf Millimeter über den äußeren Kreis des Grundblatts stehen. Deckblatt Das Deckblatt kopiert man auf möglichst kräftige, dicke Transparentfolie. Beide Teile werden längs der äußeren Begrenzungslinien ausgeschnitten und mit zweiseitigem Klebeband passgenau zusammengefügt. Dabei müssen sich die Teile knapp zwei Zentimeter überlappen. (Dafür hat sich zum Beispiel Doppelband-Fotostrip von Tesa bewährt.) Das Zusammenfügen der beiden Deckblattteile ist erfahrungsgemäß der einzige Bastelschritt, bei dem jüngere Schülerinnen und Schüler Hilfe benötigen. Planetenzeiger Die "Planetenzeiger" kopiert man ebenfalls auf Transparentfolie und schneidet den Ausdruck in die zehn vorgesehenen Streifen. Zur Versteifung werden die so erhaltenen Planetenzeiger laminiert. Montage der drehbaren Sternkarte Alle drei Teile werden nun mit einem Locheisen (Durchmesser vier Millimeter) oder einem ähnlichen Werkzeug gelocht und dann in der Reihenfolge Grundblatt-Deckblatt-Planetenzeiger mit einer Musterklammer oder einer Hohlniete drehbar verbunden. Beim Grundblatt geht das Loch genau durch den Polarstern in der Mitte, beim Deckblatt durch das Kreuz im Kreismittelpunkt und beim Planetenzeiger durch das "X" auf der Skala (etwa acht Millimeter oberhalb der 80-Grad-Marke). Einstellen von Datum und Uhrzeit Die PowerPoint-Präsentation "sternkarte_handhabung.ppt" erläutert das Einstellen der drehbaren Sternkarte nach Datum und Uhrzeit. Man dreht das Deckblatt so, dass das Datum auf dem Grundblatt und die Uhrzeit auf dem Deckblatt mit dem Zeitpunkt der Beobachtung übereinstimmen. Die PowerPoint-Präsentation zeigt dies beispielhaft für den 15. Juli um 24:00 Uhr und den 20. September um 01:00 Uhr. Der geschwärzte Teil des Deckblatts verdeckt nun den Teil des Sternenhimmels, der sich unter dem Horizont befindet, der also aktuell nicht sichtbar ist. Die beiden letzten PowerPoint-Folien illustrieren, wie die drehbare Sternkarte - je nach Beobachtungsrichtung - zu halten ist, damit der beobachtete Teil des Himmels genauso wie der entsprechende Bereich der Sternkarte orientiert ist. Simulationen mit der Sternkarte Eine "Reise" auf die Südhalbkugel der Erde (wie mit Stellarium) ist mit der drehbaren Sternkarte nicht möglich. Diese zeigt nur den Himmel für Orte mit etwa 50 Grad nördlicher Breite. Zwei Effekte, die die Schülerinnen und Schüler zuvor mit Stellarium kennen gelernt haben, können sie aber auch mit der drehbaren Sternkarte erneut simulieren: Himmelsdrehung Der sichtbare Himmelsausschnitt ändert sich beim Drehen des Deckblatts im Uhrzeigersinn, während man das Grundblatt fest hält. Man simuliert damit die scheinbare Himmelsdrehung. Wechsel der Jahreszeiten Dreht man nun das Grundblatt bei festem Deckblatt gegen den Uhrzeigersinn, dann erhält man einen Eindruck von der Änderung des sichtbaren Himmelsausschnitts im Laufe der Jahreszeiten. Unsere Sternkarte hat keine eigene Rektaszensionsskala. Jüngere Schülerinnen und Schüler würde dies nur verwirren. Es gibt aber einen eindeutigen Zusammenhang zwischen dem Rektaszensions-Wert eines Himmelsobjekts und dem Wert auf der Datumsskala des Sternkartengrundblatts. Dieser Zusammenhang ist in der Grafik "tabelle_umrechnung_RA_datum.jpg" in Tabellenform dargestellt. Will man diese Option nutzen, empfiehlt es sich einen Ausdruck der Tabelle vor dem Laminieren auf die Rückseite des Sternkarten-Grundblatts zu kleben. Zum Auffinden eines Himmelsobjekts nach Koordinaten stellt man zuerst den Planetenzeiger auf den Datumswert, der laut Tabelle dem Rektaszensionswert des Objekts entspricht. Beim Deklinationswert des Objekts auf dem Zeiger befindet sich dann das gesuchte Objekt auf der Sternkarte.

Die Planung einer Beobachtung und ihre außerunterrichtliche Durchführung unter freiem Himmel können bei Schülerinnen und Schüler einen nachhaltigen Eindruck hinterlassen und das latente Interesse an den Naturwissenschaften entzünden. Wie dies durch eine Planetarium-Software unterstützt werden kann, wird hier am Beispiel der Bedeckung der Plejaden und der Venus durch den Mond vorgestellt.Einfache Beobachtungen sind oft ein wirkungsvoller Einstieg in die Naturwissenschaften. Insbesondere die Astronomie erweist sich für viele Jugendliche als attraktiv. Für erste einfache Beobachtungen bieten sich die eher "alltäglichen" Objekte wie Mond und Planeten, aber auch Sternhaufen wie die Plejaden an. Solche Beobachtungen können mit Planetarium-Software wie dem kostenfreien Stellarium vorbereitet werden. Die Arbeit mit dem Programm hinterlässt selbst dann noch einen Eindruck bei den Lernenden, wenn die Beobachtung selbst an widrigen Wetterverhältnissen scheitert. Die Hoffnung, dass bei der nächsten Beobachtung das Wetter mitspielt und das ?live?-Erlebnis ermöglicht, wird durch eine verpasste Gelegenheit noch gesteigert. Entdecke die Möglichkeiten von Stellarium! Die Software Stellarium ist recht intuitiv bedienbar. Lehrerinnen und Lehrern sei jedoch empfohlen, vor dem Unterrichtseinsatz die Möglichkeiten des Programms spielerisch zu erkunden. Man entdeckt immer wieder neue potenzielle Einsatzmöglichkeiten. Einen Überblick über die wichtigsten Funktionen und einige Tipps finden Sie in der kurzen Stellarium ? ein virtuelles Planetarium für die Schule im Bereich Fachmedien bei Lehrer-Online. Kulturgeschichte am Himmel Beim Beobachten sollten sich die Schülerinnen und Schüler nicht nur mit den "technischen Daten" der Objekte beschäftigen. Wer waren eigentlich die Plejaden? Welche Bedeutung hatte die Plejaden-Ähre? Und woher haben Venus und Jupiter ihre Namen? Welche Bedeutung hatte Venus für die Mayas? ? Bedeckung von Plejaden und Venus durch den Mond Screenshots zeigen, wie die Beobachtung einer Plejadenbedeckung durch den Mond und die Bedeckung der Venus durch den Mond mit Stellarium vorbereitet wurden. Die Schülerinnen und Schüler sollen ihren Beobachtungsort bestimmen und in der Planetarium-Software eingeben können. die Beobachtungszeit einstellen können. die Bedienung der Planetarium-Software in Grundzügen erfassen. die zu erwartenden Beobachtungen (zum Beispiel Bedeckungszeiten) erkennen und schriftlich festhalten. Thema Beobachtungsvorbereitung mit Stellarium Autor Dr. Karl Sarnow Fach Astronomie, Naturwissenschaften (WPK) Zielgruppe Sekundarstufe I, Anfangsunterricht Zeitraum 1-2 Doppelstunden Technische Voraussetzungen Rechner mit Stellarium (kostenloser Download) in ausreichender Anzahl (Partner- oder Einzelarbeit) Start von Stellarium Am 13. November 2008 schob sich der Mond vor den Sternhaufen der Plejaden. Die Beobachtung dieser Bedeckung wurde mit Stellarium in einer Doppelstunde im Wahlpflichtkurs (WPK) 9 eines Gymnasiums vorbereitet. Da Stellarium nicht auf den Schulrechnern installiert war, wurde das virtuelle Planetarium von der Xplora-Knoppix-DVD gestartet. Diese DVD enthält neben Stellarium weitere für den naturwissenschaftlichen Unterricht nutzbare Software - fertig installiert und konfiguriert. Die DVD kann von der Xplora-Website heruntergeladen werden: Xplora ? DVD Knoppix: die Wissenschaft für Schulen erschließen Xplora Knoppix ist eine Debian-basierte Linux Distribution, die vollständig auf einer automatisch hochfahrenden DVD enthalten ist. Nach dem Start von Stellarium werden Beobachtungsort, Datum und Zeit des Ereignisses eingestellt. Je nach den Vorkenntnissen der Schülerinnen und Schüler (Hinweise auf das Ereignis in der Tageszeitung, der Fachpresse oder Lehrermitteilung) erfolgen die Einstellungen selbstständig oder unter Anweisung. Mögliche Fragestellungen sind: Finde die Uhrzeit der ersten Bedeckung am 13. November 2008 heraus. Finde den Namen des ersten Sterns heraus, der von der Bedeckung betroffen ist. Finde den Namen des Sterns heraus, der als letzter von der Bedeckung betroffen ist. Notiere ebenso die Uhrzeit. Nenne Schwierigkeiten bei der Beobachtung, die - abgesehen vom Wetter - auftreten können. Blick mit dem bloßen Auge Abb. 1 (Platzhalter bitte anklicken) zeigt die Himmelsansicht (Blickrichtung Osten) am 13. November 2008 um 19:00 Uhr in Hannover. Unterhalb des Mondes befindet sich Aldebaran, der Hauptstern des Sternbildes Stier. In dieser Darstellung wird deutlich: Die Helligkeit des (fast) Vollmondes wird die Plejaden bei der Betrachtung mit dem bloßen Auge überstrahlen. Ohne einfache optische Hilfsmittel werden die Bedeckungszeiten nicht bestimmt werden können. Blick durch den Feldstecher Also lässt man die Schülerinnen und Schüler den FOV ("Field Of View") eines Fernglases mit sieben-, acht- oder zehnfacher Vergrößerung einstellen. Die entsprechenden Daten können Lernende von den (falls vorhanden) privat zur Verfügung stehenden Geräten oder dem Schulgerät im Internet finden (Herstellerinformationen). Abb. 2 (Platzhalter bitte anklicken) zeigt den Anblick in einem 7 mal 50 Feldstecher. Wie heißt der Stern? Man erkennt deutlich, dass die Helligkeit des Mondes die Sicht auf die Plejaden beeinträchtigen wird. (Anmerkung: Die Darstellung der Plejaden kommt bei Stellarium zu gut weg: Die von Fotos bekannten bläulichen Reflexionsnebel um die Plejaden werden vom Mond überstrahlt und sind im Feldstecher nicht zu erkennen.) Um die Namen der Plejaden-Sterne zu sehen, wird die Zeit etwas zurückgestellt, der Blickwinkel verringert und mit der linken Maustaste auf den Stern geklickt, dessen Name interessiert (Abb. 3). Es handelt sich dabei um Electra, der erste helle Stern, der vom Mond bedeckt wird. Wenn das Wetter nicht mitspielt ... Nach einem relativ wolkenfreien Tag schoben sich am Abend des 13. November 2008 rechtzeitig vor 18:00 Uhr dicke Wolken vor den Mond. Die erfolgreiche gemeinsame Beobachtung des "Originals" am Himmel blieb der Gruppe vorenthalten, so blieb nur der soziale Effekt gemeinsamer Enttäuschung. Dies verstärkte den Wunsch, ein Live-Erlebnis bei nächster Gelegenheit nachzuholen. Bedeckungen durch die Mondsichel sind vorteilhaft Das nächste vergleichbare Ereignis nach der Plejadenbedeckung war die Bedeckung der Venus durch den Mond am 1. Dezember 2008. Die Planung der Beobachtung erfolgte nach dem zuvor beschrieben Muster. Abb. 4 zeigt den Blick durch ein 7 mal 50 Fernglas. Man erkennt, dass die Umstände der Beobachtung dieser Bedeckung im Vergleich zur Plejadenbedeckung günstiger sind, weil der Mond die Form einer schmalen Sichel zeigt und so das bedeckte Objekt nicht überstrahlt. Da Venus zudem sehr hell leuchtet, ist der Bedeckungseffekt kontrastreich zu erkennen. Ein Vorteil für die Organisation der Beobachtung war zudem, dass dieses Ereignis am späten Nachmittag stattfand, so dass auch jüngere Schülerinnen und Schüler problemlos mit eingebunden werden konnten. Vorsicht bei horizontnahen Objekten! Abb. 5 zeigt die Konstellation bei Betrachtung mit bloßem Auge. Da die Bedeckung sehr knapp über dem Horizont in südwestlicher Richtung stattfindet, muss der Beobachtungsort mit Bedacht gewählt werden: Wenn die Konstellation im entscheidenden Moment hinter der Turnhalle oder einem nahen Hochhaus verschwinden würde, wäre die Enttäuschung groß. In diesem Fall nutzte allerdings die sorgfältige Planung nichts, da wiederum das Wetter nicht mitspielte.

In dieser Unterrichtseinheit erarbeiten Schülerinnen und Schüler der Klassen 1 bis 4 im Rahmen einer fächerübergreifenden Projektwoche viel Wissenswertes rund um das Thema "Weihnachten in Europa" und präsentieren ihre Ergebnisse in Form eines Weblogs. Wie feiern unsere europäischen Nachbarn Weihnachten? Wo gibt es Parallelen, wo sind Unterschiede? Die Kinder nehmen per E-Mail Kontakt zu ihren Partnerschulen in Schweden, England, Griechenland und Frankreich auf. Sie vergleichen Weihnachtsbräuche und recherchieren im Internet zu den verschiedenen Ländern. Die Ergebnisse präsentieren die Schülerinnen und Schüler auf ihrer Weblog-Seite "Weihnachten in Europa - Christmas in Europe". Im Projekt wird mit einem Weblog gearbeitet, der genügend Webspace bietet, um neben Texten und Bildern auch Audio- und Videodateien zu veröffentlichen. Die teilnehmenden Schulen bekommen einen Zugang, um die Seite ergänzen zu können. Andere sind dazu eingeladen, die Beiträge ohne Anmeldung zu kommentieren. So entsteht eine informative kindgerechte Webseite, die jederzeit erweitert und überarbeitet werden kann. Weihnachten in Europa In dieser Unterrichtseinheit befassen sich die Kinder "online und offline" ausführlich mit europäischen Ländern und Religionen. Ihre Ergebnisse dokumentieren sie in einem Weblog. Der Schwerpunkt der Sequenz liegt auf der Recherche- und Publikationsarbeit mit dem Computer, daneben soll aber auch gebastelt, gekocht, gesungen und getanzt werden. Voraussetzungen Je nach Lernvoraussetzungen arbeiten die Schülerinnen und Schüler mit einer oder mehreren vorgegebenen Internetseiten oder frei mit einer (Kinder-)Suchmaschine. Die Arbeit erfolgt optimalerweise in Teams von zwei, bei ungerader Klassenstärke auch drei Personen. Manchmal ist es auch sinnvoll, dass die Kinder sich für kurzfristige Arbeitsaufträge aufteilen. Je nach Zeitumfang können noch Audio- oder Videofiles aufgenommen und in das Weblog integriert werden. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen Weihnachtsbräuche und ähnliche Bräuche europäischer Länder kennen und vergleichen diese. entnehmen Informationen aus Texten oder auch aus dem Internet. erstellen durch Recherche im Internet einen Steckbrief mit Daten und Weihnachtsbräuchen zu einem europäischen Land und veröffentlichen diesen im Blog. recherchieren, wie man sich in anderen Ländern an Weihnachten grüßt. lernen die Flaggen europäischer Länder kennen und zeichnen diese auf. lernen europäische Weihnachtsrezepte kennen und probieren diese aus. lernen Weihnachtslieder und veröffentlichen diese im Blog. erfahren, dass in anderen Religionen andere Feste gefeiert werden. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen das Internet als Recherche-, Präsentations- und Kommunikationsmedium kennen und nutzen. lernen den Umgang mit Digitalkamera und Mikrofon sowie die Veröffentlichung von Video- und Audiodateien kennen und nutzen. werten über Suchmaschinen gewonnene Informationen aus und nutzen diese für den Weihnachtssteckbrief. lernen per Kartei den Umgang mit dem Medium Weblog. nehmen mit einem Audioprogramm Texte und Lieder auf und veröffentlichen diese. nehmen Videofilme auf und stellen diese ins Blog ein. finden passende Filme im Internet finden und fügen diese in das Weblog ein. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen die partnerschaftliche Zusammenarbeit im Team oder in der Kleingruppe. tauschen sich aus und einigen sich, welche Inhalte sie veröffentlichen. lernen, dass in anderen Ländern gemeinsame, aber auch ganz gegensätzliche Bräuche gepflegt werden und akzeptieren diese.

Dieses magische Quadrat des Künstlers Eugen Jost hat es in sich: die Zahlen 1 bis 49 sind teilweise etwas verschlüsselt und symbolhaft dargestellt. Mit dem beigefügten kleinen Programm wird daraus eine nette Knobelei, die man auf Zeit spielt.Das Magische Quadrat ist Teil des Kalenders des Künstlers Eugen Jost, der zum Jahr der Mathematik erschienen ist und ein Dutzend bedeutsamer Themen der Mathematik aufgreift. In ästhetisch ansprechender Form wird hier die Kunst mit der Mathematik verbunden. Das hier dargestellte Dezember-Blatt ist als kleines elektronisches Ratespiel für den PC aufbereitet. Hierzu müssen die natürlichen Zahlen erraten werden, die hinter den Symbolen jeder Einzelzelle verborgen sind. Dazu tippt man die Lösungen in ein Eingabefeld. Ob die Eingabe richtig oder falsch ist, erfahren die Schülerinnen und Schüler auch durch akustische Signale. Für zusätzliche Spannung sorgt eine eingeblendete Stoppuhr. Auf die Plätze, fertig, los - die Zeit läuft!Das Programm ist im Grunde altersstufenunabhängig. Es ist ab der Klasse 5 einsetzbar, kann aber ebensogut auch bei älteren Schülerinnen und Schülen genutzt werden. Nutzung und Anpassung des magischen Quadrates Hier finden Sie Erläuterungen zur Funktionsweise des Programms sowie zur Möglichkeit der Darstellung eigener magischer Quadrate. Die Schülerinnen und Schüler sollen sich magischen Quadraten auf spielerische Weise nähern. die grundsätzlichen Eigenschaften magischer Quadrate kennen lernen. Thema Magisches Quadrat digital Autoren Elfi Petterich Fach Mathematik, auch für Vertretungsstunden geeignet Zielgruppe ab Klasse 5 (für alle Klassenstufen als spielerische Ergänzung zu magischen Quadraten) Zeitraum weniger als 1 Stunde Technik Computerarbeitsplätze zur Nutzung des Computermoduls, Lautsprecher müssen aktiviert sein. Ein magisches Quadrat wird durch die folgenden Eigenschaften charakterisiert: Die Summen der Elemente aus jeder Zeile sind gleich. Die Summen der Elemente aus jeder Spalte ergeben dieselbe Zahl. Die Summen in jeder der beiden Diagonalen ergeben ebenfalls diese Zahl. Nutzung des Programms Mit dem ausführenden Programm "Kalender.exe" öffnet sich das magische Quadrat von Eugen Jost. Die einzelnen Zellen können mit der Maus angeklickt werden, so dass sich ein Eingabefeld öffnet, in das ein Codewort eingetippt werden kann. Ziel ist es, herauszufinden, welche Zahl hinter den Zeichen und Symbolen jeder Zelle steckt. Bei richtiger Eingabe erscheint ein Bild mit der entsprechenden natürlichen Zahl, und es ertönt ein bestätigendes Signal. Bei falscher Eingabe bleibt das ursprüngliche Bild bestehen und es erfolgt eine entsprechende Tonsequenz. Eine Stoppuhr beginnt beim ersten Klick zu laufen und endet mit der letzten richtigen Eingabe. Außerdem wird die Anzahl der richtigen sowie falschen Eingaben angezeigt. Im Bedienfeld auf der linken Seite stehen die drei Buttons der Reihe nach für: Das Laden einer anderen Datei ("Laden") Startzustand wieder herstellen ("Neu") Adjustieren der Fenstergröße ("Größe", falls sie versehentlich verändert wurde) Mit dem Programm kann nicht nur Eugen Josts Quadrat angezeigt werden. Auch selbst erzeugte magische Quadrate lassen sich so visualisieren. Sie können unterschiedlich große Rechtecke und Quadrate mit verschiedenen Bildern erzeugen. Um das magische Quadrat zu modifizieren, muss man die Datei "default.cal" mithilfe eines Texteditors (zum Beispiel Notepad) umschreiben und unter neuem Namen speichern. Die "default.cal" Datei ist folgendermaßen aufgebaut: Die erste Zeile besteht aus Zeilenzahl und Spaltenzahl des Quadrats (in diesem Beispiel 7,7). Jede weitere Zeile beschreibt eine einzelne Zelle und ist nach folgendem Schema aufgebaut: bild1, bild2, sound1, sound2, lösung. "bild1" entspricht dem Pfad zur Bilddatei1 (wird zu Beginn angezeigt) "bild2" entspricht dem Pfad zur Bilddatei2 (erscheint nach richtiger Antwort) "sound1" ertönt, wenn die Antwort richtig ist "sound2" ertönt, wenn die Antwort falsch ist "lösung" gibt den Text (oder die Zahl) an, die die Benutzerin oder der Benutzer für die richtige Antwort eintippen muss. Das Programmm wurde in C++ mit Hilfe der Open Source Bibliothek QT erstellt. Zu beachten ist, dass JPEG-Dateien (.jpg) nicht richtig geladen werden können. Bitmap-Dateien (.bmp) oder PNG-Dateinen (.png) sind mit dem Programm kompatibel. Für die Sounds müssen WAVE-Dateien (.wav) verwendet werden.

Naturphilosoph, Theologe, Mathematiker, Astronom, Astrologe und Optiker – Johannes Kepler (1571-1639) war eine vielseitige Persönlichkeit, kam viel herum und erlebte in unruhigen Zeiten die Hexenverfolgung und den Dreißigjährigen Krieg. Im Jahr 1609 veröffentlichte er das berühmte Werk "Astronomia Nova" und trug so wesentlich zum Beginn der neuzeitlichen Astronomie bei. "Dieser Mensch hat in jeder Hinsicht eine Hundenatur. Er ist wie ein verwöhntes, gezähmtes Hündchen. [...] Er erforscht von sich aus alles in den Wissenschaften, in der Politik, im Hauswesen auch die nichtigsten Tätigkeiten. Er ist in ständiger Bewegung und verfolgt alle möglichen Leute, die alles Mögliche tun, indem er dasselbe tut und denkt. Er ist ungeduldig im Gespräch und grüßt die, die häufig ins Haus kommen, nicht anders als ein Hund. Sobald ihm jemand das Geringste entreißt, knurrt er, wird heiß, wie ein Hund. [...] Er ist auch bissig, hat beißende Witzwörter parat. [...] Nun muss auch über jene Gefühle und Charakterzüge gesprochen werden, wegen der er in einigem Ansehen steht, wie Redlichkeit, Gläubigkeit, Treue, Rechtschaffenheit, feiner Geschmack ... " - so schreibt der 26-jährige Johannes Kepler im Jahr 1597 über sich selbst. Noch hat er seine großen Werke vor sich, aber schon damals sind der Wissensdrang und die innere Unruhe typische Eigenschaft des Wissenschaftlers, dessen Entdeckungen das Bild der modernen Astronomie wesentlich geprägt haben. Kepler und der Beginn neuzeitlicher Astronomie Im Internationalen Jahr der Astronomie 2009 sollte sich auch der Geschichtsunterricht der Astronomie zuwenden, da ein bedeutendes wissenschaftsgeschichtliches Jubiläum zu begehen ist: Vor 400 Jahren veröffentlichte Kepler sein berühmtes Werk "Astronomia Nova" mit dem Ersten und Zweiten Gesetz der Planetenbewegung. Ebenfalls 1609 machte Galileo Galilei (1564-1642) seine berühmten Fernrohrbeobachtungen. Daher gilt 1609 als der Beginn der neuzeitlichen Astronomie, die das damalige Weltbild erschütterte und uns auch heute immer wieder überrascht. Internetrecherche Bei der Internetrecherche auf vorgegebenen Webseiten kommen die Schülerinnen und Schüler von allgemeinen zu jeweils spezielleren Aspekten, die die Besonderheiten der Zeitumstände und des Lebens von Johannes Kepler verdeutlichen sollen. Die Schülerinnen und Schüler müssen auf den Webseiten eigenständig recherchieren, um zu den Ergebnissen zu kommen. Es empfiehlt sich dabei die Lernenden in Kleingruppen arbeiten zu lassen (zwei bis vier Personen). Die Rechercheergebnisse sollen von den Schülerinnen und Schülern dokumentiert werden (schriftliche Fixierung, eventuell Dokumentation in Form einer Website). Selbstständige und ergebnisorientierte Arbeit Die Schülerinnen und Schüler sollen ergebnisorientiert arbeiten. Es ist nicht vorgesehen, dass die Lehrkraft Inhalte aufbereitet. Ein mögliches Eingreifen der Lehrperson beschränkt sich darauf, eventuelle Fehler der Schülerinnen und Schüler zu korrigieren oder ungenügende Darstellungen durch entsprechende Impulse aufzuwerten. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen das Leben und die Persönlichkeit des Astronomen Johannes Kepler kennen lernen. sich mit seinem Werk, insbesondere der "Astronomia nova" beschäftigen. Einblick erhalten in die besondere Zeitsituation, in die das letzte Lebensjahrzehnt Keplers fiel, die erste Dekade des Dreißigjährigen Kriegs. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen mit Computer und Internet Rechercheaufgaben zu Johannes Kepler bearbeiten. Textarbeit am Bildschirm zielgerichtet erproben. Online-Kartenmaterial (Google-Maps) nutzen können. Thema Johannes Kepler und seine Zeit Autor Stefan Schuch Fächer Geschichte, Physik, Astronomie Zielgruppe Klasse 9 bis Jahrgangstufe 12 Zeitraum 2 Stunden Technische Voraussetzungen je ein Computer mit Internetzugang für zwei Personen