Sonderheft des Leumund
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LEUMUND Informationsblatt des Referats Naturwissenschaften Am Landesinstitut für Erziehung und Unterricht Wiederholdstrasse 13, 70174 Stuttgart Sonderheft September 1998 Der Schattenpfad in Süddeutschland am 11.8.99 Die Sonnenfinsternis im Unterricht Aus Anlass der totalen Sonnenfinsternis 1999, die am 11.8. gegen 12.30 Uhr genau über Stuttgart ziehen wird, bietet das LEU mit diesem Heft inhaltliche Vorschläge, Planungshilfen und Informationsquellen zum Themenbereich, Sonne, Mond und Finsternis an. Wir wollen damit interessierten Kolleginnen und Kollegen, die das Ereignis im Unterricht aufgreifen wollen - sei es als kleinen thematischen Schwerpunkt im Fachunterricht, sei es als Schülerreferat, sei es als mehrtägiges fächerverbindendes Projekt einer Klasse, sei es als Projektphase für eine ganze Schule - den Einstieg erleichtern. Wir haben versucht, sowohl handlungsorientierte Vorschläge als auch Themen mit hohem fachlichem Niveau aufzunehmen. Die totale Sonnenfinsternis 1999 Die Sonne hat in vielen Kulturen eine große Bedeutung. In manchen war sie der höchste Gott. Wenn die Sonne mitten am Tage unerwartet verschwindet, ist dies ein großes Ereignis. Die Reaktionen reichen - je nach kulturellem Hintergrund - von Entsetzen bis zu Ergriffenheit. 2 Adalbert Stifter schrieb nach der „Sonnenfinsternis am 8. Juli 1842“: „Nie und nie in meinem ganzen Leben war ich so erschüttert, von Schauer und Erhabenheit so erschüttert, wie in diesen zwei Minuten, es war nicht anders, als hätte Gott auf einmal ein deutliches Wort gesprochen und ich hätte es verstanden. Ich stieg von der Warte herab, wie vor tausend und tausend Jahren etwa Moses von dem brennenden Berge herabgestiegen sein mochte, verwirrten und betäubten Herzens.“ Archilochos von Paros erlebte die Finsternis im Jahre 648 v. Chr. Er dichtete anschließend: „Unvorstellbares Ereignis, ganz unmöglich, wunderbar ist hinfort nichts mehr auf Erden, seit der Göttervater Zeus Mittagszeit in Nacht verwandelt und der hellen Sonne Licht Sich verbergen ließ. Die Menschen spürten plötzlich kalte Angst. Und seither ist nichts verläßlich: glaubwürdig den Menschen scheint alles jetzt. Drum wundre keiner sich, wenn er Delphine sieht ihre Wohnstätten im Meere tauschen mit dem Waldgetier und wenn diesem Wild die Wogen und ihr Rauschen künftighin lieber als das Festland scheinen und der Fisch im Bergwald haust.“ Wir modernen Menschen werden weniger erschrecken, aber auch Beobachter unseres rationalen Zeitalters können sich den Emotionen nicht entziehen. Man erzählt sich von einem Wissenschaftler, der eine Fülle von Experimenten für eine Sonnenfinsternis vorbereitet hatte, aber dann von dem Ereignis so ergriffen war, dass er die Messungen vergaß, bis die Finsternis vorbei war. Sonnenfinsternisse kommen zwar jedes Jahr mindestens zwei Mal vor, aber sie treffen immer nur ein kleines Gebiet der Erde. Genauere Daten der aktuellen Finsternis lassen sich aus verschiedenen Quellen erfahren: [Oppolzer] hat die Daten von Sonnen- und Mondfinsternissen von 1207 v. Chr. bis 2161 berechnen lassen. – Th. V. Oppolzer: Canon der Finsternisse. Wien, 1887 Auf den Internet-Seiten der Nasa sind viele Details der aktuellen Finsternis veröffentlicht. – http://umbra.nascom.nasa.gov/eclipse/990811/rp.html Der Schattenpfad in Zentraleuropa Der Verlauf des Schattenpfades und weitere Daten der Finsternis sind auf der rechten Seite in der oberen Tabelle für die betroffenen Gebiete von England bis Ungarn wiedergegeben. Damit sich der Schattenpfad leichter in eine Landkarte einzeichnen lässt, sind die Daten für ganze Längengrade berechnet. Das Raster ist damit zwar relativ grob, aber es reicht für den Zweck, denn der Schattenpfad ist hinreichend linear: Die Richtungsänderung quer über Deutschland ist weniger als ein halbes Grad. Es ist also ohne weiteres möglich, Zwischenwerte zu interpolieren und z.B. in eine Wanderkarte 1:50 000 einzutragen. Das Anfertigen einer Landkarte mit markiertem Schattenpfad kann Aufgabe für Schüler sein. Wenn schon ein großer Maßstab ausreicht – die umfangreichste Sammlung von Karten mit bereits eingezeichnetem Schattenpfad gibt es im Internet auf den Seiten der Nasa – http://umbra.nascom.nasa.gov/eclipse/990811/text/maps.html Landesinstitut für Erziehung und Unterricht Stuttgart IMPRESSUM Herausgeber: Landesinstitut für Erziehung und Unterricht Stuttgart Referat II/3 Wiederholdstraße 13 70174 Stuttgart Redaktion: Reinhard Bayer (verantwortlich) Claus Meyer-Bothling Joachim Scheffler Druck: Sprint Druck Stuttgart Sie erreichen uns unter unserem Fax-Anschluß 0711 / 1849-565 Im Internet finden Sie uns unter: http://www.leu.bw.schule.de Die Sonnenfinsternis 1999 im Unterricht 3 Ort Östl. Länge England Frankreich „ „ „ „ „ Baden-W. „ „ Bayern „ Österreich „ „ „ Ungarn „ „ „ 001°00,0´ 002°00,0´ 003°00,0´ 004°00,0´ 005°00,0´ 006°00,0´ 007°00,0´ 008°00,0´ 009°00,0´ 010°00,0´ 011°00,0´ 012°00,0´ 013°00,0´ 014°00,0´ 015°00,0´ 016°00,0´ 017°00,0´ 018°00,0´ 019°00,0´ 020°00,0´ Maximum der Totalität (MESZ) N-rand Zentrum Südrand Nördliche Breite Nordrand 50°15,03´ 50°09,73´ 50°03,90´ 49°57,54´ 49°50,63´ 49°43,17´ 49°35,15´ 49°26,56´ 49°17,39´ 49°07,63´ 48°57,27´ 48°46,30´ 48°34,72´ 48°22,51´ 48°09,66´ 47°56,16´ 47°42,01´ 47°27,19´ 47°11,69´ 46°55,51´ Zentrum 49°46,07´ 49°40,62´ 49°34,64´ 49°28,12´ 49°21,05´ 49°13,43´ 49°05,23´ 48°56,47´ 48°47,12´ 48°37,18´ 48°26,64´ 48°15,48´ 48°03,70´ 47°51,29´ 47°38,24´ 47°24,54´ 47°10,17´ 46°55,14´ 46°39,43´ 46°23,03´ Südrand 49°17,11´ 49°11,50´ 49°05,37´ 48°58,68´ 48°51,45´ 48°43,66´ 48°35,30´ 48°26,36´ 48°16,83´ 48°06,70´ 47°55,97´ 47°44,62´ 47°32,65´ 47°20,04´ 47°06,78´ 46°52,87´ 46°38,30´ 46°23,06´ 46°07,13´ 45°50,52´ 12:21:07 12:22:36 12:24:07 12:25:39 12:27:12 12:28:47 12:30:24 12:32:02 12:33:41 12:35:22 12:37:05 12:38:49 12:40:35 12:42:23 12:44:12 12:46:03 12:47:56 12:49:50 12:51:46 12:53:44 12:20:59 12:22:29 12:24:01 12:25:35 12:27:10 12:28:46 12:30:24 12:32:04 12:33:45 12:35:28 12:37:13 12:38:59 12:40:47 12:42:36 12:44:28 12:46:21 12:48:15 12:50:12 12:52:10 12:54:10 12:20:50 12:22:22 12:23:56 12:25:31 12:27:07 12:28:45 12:30:25 12:32:07 12:33:50 12:35:35 12:37:21 12:39:09 12:40:59 12:42:51 12:44:44 12:46:39 12:48:36 12:50:34 12:52:35 12:54:37 Parameter im Zentrum H/° 50 51 51 52 52 53 54 54 55 55 56 56 57 57 57 58 58 58 59 59 Az 141 142 144 146 148 150 152 154 156 159 161 163 166 168 171 173 176 179 181 184 Breite /km 106 107 107 108 108 108 108 109 109 109 110 110 110 110 111 111 111 111 111 112 Dauer 02m09,3s 02m10,4s 02m11,4s 02m12,4s 02m13,4s 02m14,3s 02m15,2s 02m16,1s 02m16,9s 02m17,7s 02m18,4s 02m19,1s 02m19,8s 02m20,4s 02m20,9s 02m21,4s 02m21,8s 02m22,2s 02m22,5s 02m22,7s Für Orte auf der Zentrallinie sind einige Daten der Finsternis in der folgenden Tabelle aufgeführt. Für andere Orte des Schattenpfades lassen sich damit die Werte abschätzen. Beim 1. Kontakt berühren sich Mond- und Sonnenscheibe, zwischen dem 2. und 3. Kontakt ist die Sonne total bedeckt, beim 4. Kontakt trennen sich Mond- und Sonnenscheibe wieder. Maximum Dauer H/° 1. Kontakt 12:00 12:05 12:10 12:15 12:20 12:25 12:30 12:35 12:40 12:45 12:50 12:55 13:00 13:05 13:10 13:15 13:20 13:25 13:30 13:35 13:40 01m49,9s 01m55,4s 02m00,3s 02m04,7s 02m08,6s 02m12,1s 02m15,0s 02m17,5s 02m19,5s 02m21,1s 02m22,2s 02m22,8s 02m23,0s 02m22,7s 02m22,0s 02m20,9s 02m19,3s 02m17,3s 02m14,9s 02m12,0s 02m08.8s 39 42 45 47 50 52 53 55 56 58 58 59 59 59 59 59 58 57 55 54 52 10:48:58 10:52:11 10:55:32 10:59:00 11:02:34 11:06:14 11:10:00 11:13:53 11:17:52 11:21:58 11:26:11 11:30:31 11:34:59 11:39:35 11:44:18 11:49:10 11:54:11 11:59:21 12:04:40 12:10:08 12:15:46 2. Kontakt 3. Kontakt Uhrzeit (MESZ) 12:59:05 12:00:55 12:04:02 12:05:58 12:09:00 12:11:00 12:13:58 12:16:02 12:18:56 12:21:04 12:23:54 12:26:06 12:28:53 12:31:08 12:33:51 12:36:09 12:38:50 12:41:10 12:43:49 12:46:11 12:48:49 12:51:11 12:53:49 12:56:11 12:58:48 13:01:11 13:03:49 13:06:11 13:08:49 13:11:11 13:13:49 13:16:10 13:18:50 13:21:10 13:23:51 13:26:09 13:28:52 13:31:07 13:33:54 13:36:06 13:38:55 13:41:04 4. Kontakt 13:16:58 13:23:24 13:29:38 13:35:38 13:41:28 13:47:06 13:52:34 13:57:53 12:03:03 14:08:05 14:12:58 14:17:44 14:22:24 14:26:56 14:31:22 14:35:43 14:39:57 14:44:07 14:48:11 14:52:10 14:56:04 Beide Tabellen beruhen auf den im Internet veröffentlichten Daten der NASA: – http://umbra.nascom.nasa.gov/eclipse/990811/text/tables.html Die Übereinstimmung der veröffentlichten Daten mit der Wirklichkeit lässt sich durch Experimente während der Finsternis untersuchen, lokal oder in Kooperation mit entfernten Beobachtern. Bereits vorher, ohne Experiment, lässt sich die Konsistenz der Daten beispielhaft prüfen: Landesinstitut für Erziehung und Unterricht Stuttgart Die Sonnenfinsternis 1999 im Unterricht 4 Die Geschwindigkeit des Kernschattens aus den publizierten Daten Mitteleuropa: Stuttgart: 12.34.04 Uhr, München: 12.38.16 Uhr, Distanz aus Atlas: 185 km Daraus ergibt sich eine mittlere Geschwindigkeit von 2642 km/h Indien: Barola: 14.31.05 Uhr, Akola: 14.33.23 Uhr, Distanz: 440 km Mittlere Geschwindigkeit: 11500km/h. Es zeigt sich deutlich, dass die Oberflächengeschwindigkeit des Schattens höher ist, wenn die Projektionsfläche besonders schräg liegt (Indien) und geringer ist, wenn sie nur leicht schräg liegt (Mitteleuropa). Orthogonale Projektion tritt bei dieser Finsternis nicht auf. Die Geschwindigkeit des Kernschattens aus den astronomischen Daten Weil die Entfernung Mond-Erde nur etwa 1/390 der Entfernung Sonne-Erde ist, kann die Umlaufgeschwindigkeit des Mondes gleich der Schattengeschwindigkeit über die (zunächst ruhend angenommene) Erdoberfläche gesetzt werden, sofern die Erdoberfläche in Bewegungsrichtung etwa senkrecht zur Projektionsrichtung steht. Bei dieser Finsternis trifft das in Mitteleuropa zu, und man erhält (Bahnumfang / siderischer Monat): v1=3684 km/h Davon zu subtrahieren ist die Umlaufgeschwindigkeit des Beobachtungsortes um die Erdachse. v2=2ðRcosö/24 km/h. Für Stuttgart mit ö=48,5° gilt: v2=1107 km/h Beide Bewegungen sind etwa parallel nach Osten gerichtet. Die Differenz ist gleich der resultierenden Oberflächengeschwindigkeit des Kernschattens: v=2577 km/h. Dies stimmt gut mit dem oben berechneten Wert für Mitteleuropa überein. Bei dieser Betrachtung haben wir noch nicht berücksichtigt, dass der Schattenpfad nicht exakt in W-O-Richtung läuft und dass die Projektionsfläche leicht schräg liegt. (Stuttgart: 33° in N-S- und 15° in O-W-Richtung. Zum Vergleich: In Rumänien kommt der Schattenfleck einem Kreis am nächsten, hier ist er eine Ellipse mit Achsenverhältnis 1,2. Im Westatlantik, wo der Schatten zuerst die Erdkugel trifft, und an der Ostküste Indiens, wo er sie wieder verläßt, ist die Ellipse extrem langgestreckt. Das Phänomen Finsternis im astronomischen Zusammenhang Dass für uns irdische Beobachter zwei Himmelskörper in einer Beobachtungslinie stehen, ist gar nicht so selten. Man klassifiziert das Phänomen in der Astronomie nach der relativen Größe der Körper. 1. Wenn die scheinbare Grösse beider Körper etwa gleich groß ist, spricht man von einer Finsternis. Allgemein bekannt ist das Phänomen bei Sonne und Mond, den Himmelskörpern, die mit etwa 0,5° Sehwinkel am größten erscheinen. Bei der Reihenfolge S-M-E spricht man von Sonnenfinsternis. Bei S-E-M sehen Beobachter auf der Erde eine Mondfinsternis. Beobachter auf dem Mond (Apollo 12) sehen derweil eine Sonnenfinsternis, weil sie sich im Kernschatten der Erde befinden. Die Erklärung der Absorptionslinien in Gasen ließen sich 1870 überraschend durch die Beobachtung einer Sonnenfinsternis bestätigen: Zu Beginn der totalen Bedeckung der Sonne leuchtet ganz plötzlich das „FlashSpektrum“ auf. Wenn der Sonnenkörper gerade ausgeblendet, aber die Sonnenatmosphäre am Mondrand vorbei noch sichtbar ist, treten die sonst dunklen Fraunhofer-Linien als leuchtende Linien auf. Zum ersten Mal beobachtet hat dies Charles Young 1870. Das Flash-Spektrum ist nur etwa 2-3 Sekunden lang zu beobachten, danach ist auch die Sonnenatmosphäre vom Mond abgedeckt. Natürlich tritt das Phänomen auch gegen Ende der Totalität auf, aber die Beobachtung ist schwieriger, denn der Zeitpunkt ist schwerer vorherzusagen. 1919 hat A.S. Eddington in West Afrika bei einer Sonnenfinsternis bestätigt, dass Lichtstrahlen in der Nähe der Sonne durch Gravitation abgelenkt werden. Einstein hatte dies vorausgesagt. Leicht zu beobachten ist der Effekt nicht, denn der Ablenkungswinkel hat die Größenordnung 1‘‘. Auch Finsternisse bei Doppelsternen sind astronomisch von Bedeutung: Bei Bedeckungsveränderlichen ändert sich durch die periodische gegenseitige Bedeckung die für uns beobachtbare Lichtstärke. Aus ihrer Veränderung lassen sich Eigenschaften des Systems bestimmen, wie die Masse und die Radien der beteiligten Sterne sowie die Bahnelemente des Systems. Landesinstitut für Erziehung und Unterricht Stuttgart Die Sonnenfinsternis 1999 im Unterricht 5 2. Wenn der nähere Körper wesentlich kleiner erscheint, heißt das Phänomen Durchgang. Von Bedeutung sind Durchgänge der Planeten Merkur und Venus vor der Sonne sowie der Jupitermonde vor dem Jupiter. Bei einem Transit (Durchgang) der Venus vor der Sonne lassen sich die Zeitpunkte von Beginn und Ende sehr genau bestimmen. Daraus wiederum kann man die Bahnparameter überprüfen. 3. Wenn der nähere Körper wesentlich größer erscheint, spricht man von Bedeckung. Von Bedeutung sind Bedeckungen von Planeten und Fixsternen durch den Mond. Eine Mondbedeckung kann dazu dienen, den Durchmesser des bedeckten Sterns zu bestimmen. – Eclipse, Occultation and Transit. Encyclopedia Britannica: Band 17, Seite 866. Ausgabe 1997 Beobachtung der Finsternis Beobachter im Halbschatten des Mondes sehen eine partielle Sonnenfinsternis, in der die Sonne teilweise vom Mond abgedeckt wird. Das trifft bei dieser Gelegenheit für ganz Europa sowie für Teile von Nordamerika, Afrika und Asien zu, mit Ausnahme jenes kleinen Gebietes, auf dem Beobachter die Finsternis für jeweils kurze Zeit total erleben. Das Erlebnis einer totalen Finsternis ist kaum mit dem einer partiellen zu vergleichen. Es berührt uns stark, wenn die gewohnten Sinneseindrücke plötzlich so radikal anders sind. Es wird ja nicht einfach dunkel, sondern eine ganze Reihe von Veränderungen beeinflussen unsere Gefühlswelt, z.T. unbewusst, so die plötzliche Abnahme der Temperatur um mehrere Grade, die eigenartig fahle Dunkelheit und der helle Horizont in der Ferne. Wenn wir vorbereitet sind, sehen wir zu Beginn aus westlicher Richtung eine rasend schnelle Schattenwand auf uns zu kommen. Während der Finsternis wird es so dunkel, dass wir helle Sterne sehen können. Die Sonne ist von ihrer hellen Korona umgeben. Position für die Beobachtung Der Kernschatten des Mondes überstreicht in Zentraleuropa einen etwa 110km breiten Streifen. Für optimale Bedingungen ist es nicht notwendig – und vielleicht gar nicht ratsam, auf der Zentrallinie der Totalität zu stehen. Wenn man um den halben Radius, hier etwa 30km, von der Zentrallinie abweicht, ist die Dauer der Finsternis nur um ca. 10% verkürzt. Viel wichtiger ist es, dass man erhöht steht, möglichst mit weitem Blick nach Westen, um die Schattenlinie ankommen zu sehen. Sie hat immerhin eine Geschwindigkeit von über 700m/s. Unter günstigen Bedingungen kann man „fliegende Schatten“, einen streifigen Beginn der Schattenwand, beobachten. Steht ein gestaffeltes Gebirge im Westen, so kann sich die Schattenwand sogar blinkend ankündigen! Hat man auch freien Blick nach Osten, so kann man auch noch anschließend die Schattengrenze weiterziehen sehen. Perlschnurphänomen Der publizierte Schattenpfad ist unter der Annahme berechnet, der Mond sei eine perfekte Kugel. Da er als realer Himmelskörper tatsächlich Berge und Täler hat, ist seine Begrenzungslinie zackig. Für einen Beobachter auf der Zentrallinie bedeutet dies: Zu Beginn der Totalität wird die Sonne nicht plötzlich verdunkelt, sondern sie ist für wenige Sekunden von den Mondgipfeln schon bedeckt, durch die Täler aber noch sichtbar. Der Beobachter sieht dann am Mondrand eine Reihe heller Punkte aus durchscheinendem Sonnenlicht. Wer dies länger beobachten will, kann sich am Rand des Schattenpfades aufstellen. In einer etwa 5-10 km breiten Zone kann man dort die „Perlschnur“ in ihrer Längsrichtung vorbeiziehen sehen. Sicherheit bei der Beobachtung Bei der Beobachtung der Sonne ohne Hilfsmittel gelangt so viel Licht ins Auge, dass die unwillkürlichen Reaktionen des Körpers (Blinzeln, Tränenfluss, Wegsehen) für den Schutz der Augen sorgen. Mit künstlichen Sehhilfen aber versagen unsere natürlichen Abwehrreaktionen. Deshalb benötigt man bei der direkten Beobachtung geeignete Filter, z.B. als Sonnenbrille oder als Aufsatz für das Teleskop oder die Kamera. Geeignete Filter sind solche Materialien, die alle wichtigen Wellenlängen, also auch die Nachbarbereiche des sichtbaren Spektrums ausreichend schwächen. Das ist der Fall für bestimmte Folien (siehe unten: „Bau eines Sonnenfilters“), die den UV- und IR-Teil ausreichend schwächen. Berußtes Glas und belichteter S/W-Film werden oft verwendet, sind aber für längere Benutzung auch nicht geeignet. Überhaupt nicht geeignet sind: belichteter Farbfilm, Disketten, CD-ROMs. Dasselbe gilt leider für viele Landesinstitut für Erziehung und Unterricht Stuttgart Die Sonnenfinsternis 1999 im Unterricht 6 handelsübliche Sonnenbrillen. Auf Folien mit unbestimmten Eigenschaften, etwa reflektierendes Geschenkpapier oder Rettungsfolie sollte man sich lieber nicht verlassen. Selbst mit Filter bleibt die Beobachtung der Sonne gefährlich! Bei einem Teleskop sollte man für den Filter eine zuverlässige Halterung bauen, um sicher zu sein, dass er nicht aus Versehen verrutscht. Die konzentrierte Energie der Sonnenstrahlung würde die Netzhaut sonst am Ort des Sonnenbildes zerstören, bevor man den Blick abwenden kann. Ebenfalls sollte man keine beschädigten Filter verwenden. Wenn ein Kratzer auf dem Filter ungeschwächtes Licht durchlässt, besteht die Gefahr, dass der entsprechende Teil der Netzhaut zerstört wird, obwohl die Gesamthelligkeit weiter gering ist. Der Beobachter muss dies nicht bemerken, denn die Netzhaut ist nicht schmerzempfindlich. Während der Periode der Totalität wäre der Filter nicht notwendig, und es ist nicht auszuschließen, dass einige Beobachter den Filter in dieser Zeit vom Teleskop entfernen. Dabei sollte man das Risiko richtig einschätzen, denn das Ende der Totalität kommt unverhofft, und wenn die Sonne unerwartet hinter dem Mond hervortritt, trifft ihr Licht ungefiltert die Netzhaut. Ein auf die Sonne gerichtetes Teleskop sollte nicht unbeaufsichtigt bleiben. Man denke an unbeteiligte Beobachter, vielleicht Kinder, die mal eben spielerisch durchschauen wollen! Auch ein Sucherfernrohr muss abgedeckt werden. Bau eines Sonnenfilters Geeignete Sonnenfilter-Folie ist bei der Firma Baader Planetarium erhältlich. Ein A4-Blatt kostet 19 DM, für 65 DM bekommt man einen Bogen 60 x 100 cm. Im Frühjahr werden viele Optiker Brillen der Firma Zeiss anbieten, die mit derselben Folie ausgestattet sind. Sie hat eine Dicke von 0,012 mm und reduziert die Sonnenstrahlung auf weniger als ein Hunderttausendstel. Die Filterwirkung der Baader-Folie wurde von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig geprüft und bestätigt. – Baader Planetarium GmbH, Zur Sternwarte, 82291 Mammendorf, Tel 08145/8802 Wegen der genannten Risiken sollte die Folie nicht ohne stabile Halterung eingesetzt werden. Für ein Teleskop oder das Objektiv einer Kamera kann man so vorgehen: Man nehme eine zylindrische Teedose mit passendem Durchmesser und entferne den Boden. (Eine stabile Pappröhre o. Ä.. würde auch gute Dienste leisten.) Die Folie wird über die Dosenöffnung mit Gummibändern gleichmäßig gespannt, dabei ist es wichtig, dass sie glatt aufliegt. Eine lockere und faltenfreie Lage ergibt bessere Bilder als eine allzu straff gespannte Folie. Bei selbstgefertigten Pappröhren aus dünnerer Pappe führt die Benutzung von Gummiringen zu einer Verformung. Dies lässt sich vermeiden indem man einen passgenauen Pappring über die Folie schiebt. Weil die Folie nur wenig Licht durchlässt, ist es für guten Kontrast wesentlich, von hinten eindringendes Licht zu vermeiden. Dazu streiche man die Dose innen schwarz an oder kleide sie mit schwarzem Filz oder mattschwarzem Fotokarton aus. Die Dose wird anschließend über das Objektiv oder den Tubus geschoben und mit schwarzem Klebeband befestigt. So sichert man sich gegen unüberlegtes Lösen des Filters und vermeidet ausserdem das Eindringen von Streulicht. Sonnenaufnahme Es gibt Augenblicke im Leben, die man gerne im Bild festhält. Eine totale Sonnenfinsternis ist zudem ein so rares Ereignis, dass die meisten sie nur einmal erleben. Wenn man als Motiv die Sonne selbst wählt, gilt es, einige technische Hürden zu nehmen. Damit die Sonne möglichst groß erscheint, ist für die Aufnahme ein Objektiv mit möglichst großer Brennweite und ein Stativ zu empfehlen. Unter diesen Umständen spricht auch nichts gegen einen unempfindlichen Film, 21 DIN/100 ASA oder geringer, der eine höhere Bildqualität liefert. Man benötigt für Sucher- und Aufnahmeobjektiv je einen Sonnenfilter - bei („einäugigen-“) SpiegelreflexKameras ist nur ein Objektiv-Filter erforderlich. Landesinstitut für Erziehung und Unterricht Stuttgart Die Sonnenfinsternis 1999 im Unterricht 7 Der Motivkontrast ist so extrem hoch, daß jede Belichtungsautomatik versagt. Man kann sich aber durch eine Überlegung helfen: Die Helligkeit der Sonne ist unwichtig, da sie in jedem Fall überbelichtet wird. Der Himmel sollte dunkel dargestellt werden, und um hier zu das richtige Maß zu finden, sollte man vor dem Ereignis unter ähnlichen Bedingungen verschiedene Belichtungen ausprobieren. Die Verwendung von Diapositiven hat den Vorteil, dass die Entwicklung besser kontrollierbar ist als bei Negativen. Bildabzüge von Negativ-Filmen haben den Nachteil, dass sie heute meist von Automaten angefertigt werden. Dabei werden helle Bildteile überbelichtet, und die im Negativ scharf abgegrenzte Sonne erscheint nur in einem zusammenhanglosen Lichtfleck. Gibt man aber Handabzüge in Auftrag, lässt sich dieser Fehler vermeiden. Anspruchsvoll ist eine Mehrfachbelichtung, die alle Phasen der Finsternis diagonal auf ein Bild bringt. Hier sind einige Vorversuche einzuplanen, denn besonders zur Positionierung der Sonnenbilder auf dem Bild braucht man einige Erfahrung. Indirekte Beobachtung Eine sichere Alternative ist die indirekte Beobachtung der Sonne. Sie ist im ganzen Schuljahr sinnvoll, also nicht ausschließlich während der Finsternis. Mit dem einfachsten Abbildungssystem, einem Loch, lässt sich die Sonne bereits projizieren. Der Kontrast wird gesteigert, wenn die Umgebung abgeschirmt wird (Lochkamera). Dieses Experiment lässt sich schon bei ganz jungen Beobachtern (Klasse 5 und darunter) einsetzen. Die eleganteste Variante ist die Projektion des Sonnenbildes mit einem astronomischen Teleskop. Man erhält so ein helles und scharfes Bild, das sogar die Beobachtung von Sonnenflecken erlaubt. Gute Hinweise zur Beobachtung gibt es auch in: – Hans-Ulrich Keller (Hg.): Kosmos Himmelsjahr 1999. Stuttgart: Franck-Kosmos, 1998 Die beteiligten Himmelskörper Wenn man das Thema nicht auf die momentane Konstellation von Sonne und Mond beschränkt, sondern die Himmelskörper selbst zum Thema nimmt, eröffnet sich eine Fülle interessanter Möglichkeiten. Die Bedeutung von Sonne und Mond für uns ist von einer Vielfalt, die man auf den ersten Blick leicht unterschätzt. Die folgende Tabelle soll mit einigen - nicht systematischen - Stichworten die Palette andeuten. Die Sonne und ihre Bedeutung Physik S. der Erforschung S. als Ener- S. als Le- S. als Ge- S. als Zeit- S. bewegt der S. giequelle bensquelle fahrenquelle geber Atmosphäre und Meere Klima, Erforschung Solar-, PhotosynStörung der Kalender, Energiemit irdi- Wind-, these, Nah- atmosphäri- Sonnenuhr, Wetter, quelle, Erosion, schen Me- Wellenrungskette, schen Vor- Rhythmus Stabilität, Gesundheit gänge, Ge- für biologi- Gezeiten Magnetfel- thoden und energie sundheitsri- sche Uhr der, Strah- mit Raumsonden siko. lung Symbolik der S. Mythen, Religionen, Literatur, Volkslieder, Kunst, heliozentr. Weltbild Viele Aspekte der Thematik, darunter Struktur, Geschichte, Erforschung, Sonnenenergie, Einfluss auf unser Wetter, Zukunft der Sonne, werden zusammengefasst in: – Joachim W. Ekrutt: Die Sonne - Die Erforschung des kosmischen Feuers. Hamburg: Gruner+Jahr, 1981 – Peter Kaiser: Die Sonne, Entstehung – Mythologie - ... – Klima. Wien: Pietsch, 1981 Eine gelungene CD-ROM zu allen wichtigen Aspekten der Sonne soll noch im November Bild der Wissenschaft erscheinen: – Die Sonne – Der Stern von dem wir leben. Stuttgart: dva, 1998 Landesinstitut für Erziehung und Unterricht Stuttgart Die Sonnenfinsternis 1999 im Unterricht 8 Physik der Sonne Was wir über die Sonne wissen, wird ausführlich und lesbar in [Kippenhahn] beschrieben. Er informiert gründlich über die verschiedensten Aspekte der Sonne: Energie, Flecken, Spektrum, Magnetfelder, Eigenschwingungen, Raumsonden zur Sonnenforschung. – Rudolf Kippenhahn: Der Stern von dem wir leben. Stuttgart: dva, 1990 Eine solide Einführung in alle wichtigen Aspekte mit schönen Bildern: – Iain Nicolson: Die Sonne. Freiburg: Herder, 1982 Allgemeinverständliche Astrophysik am Beispiel der Sonne: – Guenter Doebel: Die Sonne – Stern des Lebens. Stuttgart: Franckh, 1975 In diesem Artikel wird ein attraktiver Weg gezeigt, wie die Sonne im Physikunterricht behandelt werden kann: – H. Hauptmann, F. Herrmann: Das Thema „Sonne“ im Physikunterricht. MNU 4/50 (Juni 1997), S. 239-242 Wenn man den größeren Zusammenhang darstellen will, sind auch astronomische Werke zu empfehlen - oder eine Exkursion zu einem Planetenweg. – – – Jean Audouze, Guy Israël (Hg.): Der Grosse JRO Atlas der Astronomie. München: JRO, 1987 Dieter Vornholz: Astronomie auf Klassenfahrten. Braunschweig: Westermann, 1994 Reinhold Bürck, Haas, Mittmann: Der Astronomielehrpfad auf der Schwäbischen Alb bei Erkenbrechtsweiler. Nürtingen: Astronomische Vereinigung Nürtingen, 1998 Physik des Mondes Entsprechend gibt es eine große Auswahl an Informationsquellen über die Eigenschaften des Mondes, insbesondere [Moore] bietet eine solide Einführung in das Gebiet. – – – – Patrick Moore: Der Mond. Freiburg: Herder, 1982 E. Debes: Kleiner Mondatlas. Leipzig: Wagner & Debes, 1923 Heinz Haber: Unser Mond - Naturgeschichte und Erforschung des Erdtrabanten. Stuttgart: dva, 1969 John C. Whitcomb, Donald DeYoung: Der Mond – Seine Erschaffung, Gestalt und Bedeutung. Stuttgart: Hänssler, 1982 Erforschung der Sonne Auch zur Erforschung bietet [Kippenhahn] lesenswertes (siehe oben). Den Stand der Sonnenforschung fasst [Lausch] allgemein verständlich zusammen. Ein ausführlicher Artikel mit eindrucksvollen Fotografien: – Erwin Lausch: Stern ohne Grenzen. Geo 4/1998, S. 18-41, Mehr in die Tiefe gehen die Artikel: – Peter V. Foukal: Die veränderliche Sonne. Spektrum der Wissenschaft, April 1990, S. 66-75 – Kenneth Lang: Das Sonnenobservatorium SOHO. Spektrum der Wissenschaft, Mai 1997, S. 44-52 Die Sonne als Energiequelle Fast alle Energie, die wir industriell nutzen, kommt letztlich von der Sonne. Ausnahmen sind geothermische und Kernenergie. Gezeitenenergie hat mehr mit dem Mond zu tun als mit der Sonne. Jede der Energien hat spezifische Vor- und Nachteile. Mit dieser Problematik sind wir und unsere Schüler vertraut. Dennoch kann die spezielle Fragestellung, welcher Himmelskörper mit einer Energieform zu tun hat, neue Einsichten bieten. Die Auswahl reicht von der Meersalzgewinnung über Solarsegler bis zu Solarkraftwerken im Weltall. Der Energiebedarf moderner Solarhäuser wird schon zu großen Teilen mit Sonnenkollektoren und photovoltaischen Anlagen gewonnen. Der Bau einer solargetriebenen Maschine (Fahrzeug, Springbrunnen, ...) ist gut für ein schulisches Projekt geeignet. Zu solchen Themen sind Wettbewerbe in der Vorbereitung. Im Internet bietet das LEU dazu aktuelle InforLandesinstitut für Erziehung und Unterricht Stuttgart Die Sonnenfinsternis 1999 im Unterricht 9 mationen (siehe unten: „Präsentation von Ergebnissen“) Eine eher exotische Anwendung ist das Fliegen mit solargetriebenen Motorseglern. Im Jahre 1996 hat die Stadt Ulm dazu einen Wettbewerb ausgerichtet, der im Spiegel beschrieben ist: – Ewiger Flug. S.207-208, Der Spiegel 20/1996. Kraftwerke zur großtechnischen Nutzung der Sonnenenergie gibt es bisher nicht, wohl aber Versuchsanlagen, z. B. in Almeria, Spanien. Entwürfe in noch größerem Stil werden immer wieder in der Presse beschrieben: – Wolfgang Blum: Sonnige Pläne. Die Zeit, 20.5.98 Vieltausendfach mehr Energie, als die Menschheit gegenwärtig braucht, strömt der Erde von der Sonne zu. Diese Feststellung ist Ausgangspunkt für eine Betrachtung der Energiekrise: – Ged R. Davis: Die Krise des globalen Energiesystems. Spektrum der Wissenschaft, November 1990, S. 50-58 – Gerhart Bruckmann: Sonnenkraft statt Atomenergie - der reale Ausweg aus der Energiekrise. Wien: Molden, 1978 Die Sonne als Lebensquelle Die meisten biologischen Prozesse beziehen ihre Energie letztlich aus der Sonne: Die Sonne lockt mit ihrer Flamme Glühn Aus dunkler Erde auf lebendges Grün. Und wie sie weiter kreist durch Zeit und Raum Aus jungem Spross empor erwächst der Baum. Des großen Lichtes urgewaltge Kraft, der Baum hat sie bewahrt in Stamm und Saft. Wir schlagen ihn herab zu Scheit und Holz, hoch fährt aus ihm empor die Flamme stolz. Und Licht und Glut ist wieder neu entfacht Die Sonne strahlt noch in der dunklen Nacht! – Heinz Ritter, aus: Günter Furtenbacher, Brigitte Paulsen: Sonnenlauf – Gedichte zu den Jahreszeiten und Festen. Heilbronn: Troubadour, 1984 Grüne Pflanzen nutzen die Strahlungsenergie zur Synthese der Stoffe, aus denen sie sich selbst weiter aufbauen. Die in den Pflanzen gebundene Energie ist Grundlage des Stoffwechsels pflanzenfressender Tiere. Bei Fleisch fressenden Lebewesen wird das Prinzip entsprechend fortgesetzt. Die Sonne als Gefahrenquelle Wenn die Energie der Sonne in zu starker Konzentration auftritt, hat dies schädliche Auswirkungen: global (Ozonlöcher, Treibhauseffekt), regional (Sahel-Zone) oder individuell (Sonnenbrand). Dabei sind es jeweils bestimmte Ausschnitte des Spektrums, deren Konzentration schädlich wirkt. – David Leffell et al.: Sonnenbrand und Hautkrebs. S.74-79. Spektrum der Wissenschaft, Juni 1997. Die Sonne als Zeitgeber Der Rhythmus von Sonne und Mond ist für unsere Zeitmessung wichtig. Mit Kalendern, ewigen Kalendern, sowie Kalenderuhren befasst sich ausführlich: – Karl Mütz: Faszination Kalender. Buxheim: Polygon, 1996. Auch unsere subjektive und unbewusste Zeitbestimmung hängt vom Sonne und Mond ab. Über ihre Bedeutung für unseren Lebensrhythmus findet man nähere Informationen bei anthroposophischen Autoren. Durch ihre Position ist die Sonne auch Informationsträger. Genutzt wird diese Information in der Sonnenuhr. Dieses altbekannte Instrument lässt sich relativ leicht bauen, kann aber darüber hinaus auch Anlass anspruchsvoller Überlegungen sein. In der einfachsten Form braucht man einen Schattenstab und eine Projektionsebene. Die räumliche Lage der beiden ist im Prinzip beliebig, und auch die Einteilung der Skala zum Ablesen der Zeit Landesinstitut für Erziehung und Unterricht Stuttgart Die Sonnenfinsternis 1999 im Unterricht 10 ist nicht schwierig, wenn man sich auf geeignete Literatur stützen kann. Eine sehr gute Darstellung ist: – Lothar Loske: Die Sonnenuhren – Kunstwerke der Zeitmessung und ihre Geheimnisse. Berlin: Springer, 1970 Der AstroMedia-Verlag hat ein vielseitiges Angebot kleiner Sonnenuhren zum Selbstbau, die für Schülerpraktika gut geeignet sind. – AstroMedia Verlag, Pilziggrund 67, 97076 Würzburg, Tel. 0931/273355, Fax 0931/273395 Wenn die Sonnenuhr mit anderen Uhren übereinstimmen soll, bietet sich Gelegenheit, den Unterschied zwischen wahrer Ortszeit und bürgerlicher Zeit zu besprechen. Dieser ist abhängig von einer ortsabhängigen Konstanten, die sich beim Bau der Skala leicht berücksichtigen lässt, sowie einer Abweichungsfunktion der Sonnenbewegung von ihrem Mittelwert. Diese Abweichung, die „Zeitgleichung“, kann man z.B. durch eine entsprechende Form des Schattenstabes ausgleichen. Eine schöne Variante ist die „lebendige Sonnenuhr“. Man baue eine Sonnenuhr auf dem Schulhof mit großer Skala. Der Schattenstab wird weggelassen, aber seine Position wird auf dem Boden markiert. Wer die Zeit ablesen will, muss sich nun an der markierten Position aufstellen und seinen eigenen Schatten auf der Skala beobachten. Eine spezielle Sonnenuhr wird analysiert in: – Edmund Buchner: Die Sonnenuhr des Augustus. Mainz: Philipp von Zabern, 1982 Für einfache Modelle: – Ezzo Reichert: Die Sonnenuhr – Modellbogen. Weikersheim: Astromedia – Neue Wege Verlag Blätter zu Zeit und Uhr: – K.H. Wiebel: Natur Be-greifen. Lichtenau: AOL & Freiarbeit-Verlag, Die Sonne bewegt die Atmosphäre Sämtliche Klima- und Wetterphänomene beziehen ihre Energie von der Sonne. Dazu gehören auch der Wasserkreislauf und die Erosion - hier bietet sich eine Zusammenarbeit mir dem Fach Erdkunde an. Eine allgemeine Darstellung: – Herbert Friedmann: Die Sonne - Aus der Perspektive der Erde. Heidelberg: Spektrum, 1987 ... und eine spezielle Frage: – Robert Davies-Jones: Die Entstehung von Tornados. Spektrum der Wissenschaft, September 1990, S. 62-70 Gezeiten Die periodische Bewegung des Meeres, der festen Erde und der Atmosphäre wird primär von der Anziehungskraft des Mondes und in zweiter Linie auch von der Kraft der Sonne verursacht. Dem unbefangenen Beobachter sind vor allem die Meeresgezeiten bewusst, die besonders an den Küsten zu starken Schwankungen des Wasserstandes und zu starken Strömungen führen. Die maximalen mittleren Springtidenhübe betragen an den Küsten nur 11cm in der Ostsee, 4m in der Nordsee, 11,5m in Saint Malo im Ärmelkanal und sogar 14-15m in der Fundybai in Nordamerika. Landesinstitut für Erziehung und Unterricht Stuttgart Die Sonnenfinsternis 1999 im Unterricht 11 Die horizontalen Gezeitenströme sind im offenen Meer ellipsenförmig, am Rande verlaufen sie küstenparallel. Im offenen Ozean treten Werte von 5-10cm/s auf, in der Nordsee 1m/s und im Skjerstadfjord bei Bødø in Norwegen 8m/s. Eine Methode der Gezeitenberechnung zerlegt die beobachtete Tide in eine große Anzahl von Partialtiden, deren einzelne Phasen und Amplituden für den betrachteten Ort bekannt sein müssen. Bis 1976 stand im Deutschen Hydrografischen Institut der weltweit größte Computer, der für die Berechnung der Tiden eines Hafens 20 Stunden benötigte. Heutige Rechner erledigen die Aufgabe in Sekunden. Ein merkwürdiges, nichtperiodisches Gezeitenphänomen sind die Boren, Flutwellen, die manchmal in flachen, trichterförmigen Flussmündungen auftreten. Ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit ist etwa 2-3 mal so hoch wie die der normalen Flutwelle, und die Vorderseite ist ungewöhnlich steil. Die mit 8m weltweit höchste wird in der Mündung des Qiantung Jiang bei Hanzhou beobachtet. In Europa treten Boren z.B. in der Seine auf, dort heißt sie mascaret, und im Severn, dort sagt man „tidal bore“. Der Effekt beruht darauf, dass in flachen Gewässern die Ausbreitungsgeschwindigkeit c einer Störung von der Wassertiefe h nach dem Gesetz c ~ h abhängt. Da die Wassertiefe des Wellenberges größer ist als die des Tales, holt der Berg das vor ihm liegende Tal ein. David Lynch hat das Phänomen ausführlich beschrieben. Auch am Strand, wenn sich die Wellen brechen, ist dieser Effekt zu beobachten. Eine weniger dramatische Folge dieses Effektes lässt sich in Gezeitentafeln ablesen: In flachen Gewässern folgt Flut schneller auf Ebbe als Ebbe auf Flut. – David K. Lynch: Gezeitenboren – Flutwellen gegen den Strom. Spektrum der Wissenschaft. S.100110, Dezember 1982 Gezeiten der Atmosphäre Die Gezeiten der Atmosphäre lassen sich als Druckwellen beobachten. Die Amplituden betragen 1,5mbar in den Tropen und 0,5mbar in Mitteleuropa. Die solaren Wellen treten zu festen Ortszeiten auf, und zwar um 4 und 16 Uhr mit Minimum, um 10 und 22 Uhr mit Maximum. Die lunaren Wellen treten nicht zu festen Ortszeiten auf und lassen sich nur durch statistische Analyse mehrjähriger Messreihen bestimmen. Eine gut verständliche Einführung bietet: – Albert Defant: Ebbe und Flut des Meeres, der Atmosphäre und der Erdfeste. Berlin: Springer, 1953 Gezeiten der festen Erde Auch die Erdkruste verformt sich durch die Gezeitenkräfte. Der „Tidenhub“ kann in Äquatornähe 0,5m erreichen. Der primäre Effekt wird überlagert durch Wechselwirkung mit den Gezeitenschwingungen von Meer und Lufthülle. Im Schwarzwald werden in einem ehemaligen Silberbergwerk die Gezeitenbewegungen der Erdkruste gemessen. Dort setzt man folgende Instrumente ein: Seismometer, Erdgezeitengravimeter, Bohrlochneigungsmesser, Schlauchwaage, Invardraht-Strainmeter. Die Daten werden analog und digital registriert. Die Messstation arbeitet national und international mit weiteren Stationen zusammen. Nähere Informationen über das Projekt gibt es bei: – Observatorium Schiltach, Heubach 206, 77709 Wolfach. Gezeitenkraftwerke Wenn man bei Solarzellen von Nutzung der Sonnenenergie spricht, könnte man hier von Nutzung der Mondenergie sprechen (auch wenn vor allem die Rotation des Erdkörpers Quelle der gewonnenen Energie ist). „Mondkraftwerke“ haben eine Tradition. An Küsten mit hohem Tidenhub, etwa bei Saint Malo, gibt es seit langem Gezeitenmühlen: Bei Flut lässt man ein Becken voll laufen, das bei Ebbe über ein Mühlrad wieder geleert wird. Moderne „Gezeitenkraftwerke“, wie die Usine Marémotrice in St. Malo, haben nicht eine, sondern zwei Arbeitsphasen je Gezeitenperiode. Es gibt weltweit nur wenige „Mondkraftwerke“: in St. Malo (10MW), in Kislogubsk bei Murmansk (Russland, 0,8MW) und in Annapolis Royal (Kanada, 20MW). Neubauten sind in Kanada, Russland und England geplant. Gezeitenreibung Der Energieverlust durch Gezeitenreibung ist auch global nicht zu vernachlässigen. Immerhin ist von der ursprünglichen Rotation des Mondes nur noch ein leichtes Schwingen übrig geblieben. Wie stark aber ist die Auswirkung auf der Erde? Eine Abschätzung ist bei [Stephenson] vorgestellt: Nach genauen Laserbeobachtungen vergrößert sich der Bahnradius des Mondes um 4 cm jährlich. Offensichtlich gewinnt der Mond an Drehimpuls. Wenn man voraussetzt, dass der Drehimpuls des Systems Erde/Mond erhalten bleibt, muss der Drehimpuls der Erde entsprechend abnehmen, und zwar so, dass die Monate in hundert Jahren um 0,04 Sekunden zunehmen. Landesinstitut für Erziehung und Unterricht Stuttgart Die Sonnenfinsternis 1999 im Unterricht 12 Konkrete Auswirkungen der Gezeitenreibung lassen sich z.B. an der Südspitze von Sylt gut verfolgen. Sie hat ihre Form in den letzten Jahrzehnten durch Erosion stark verändert. Ein anderer Zeiteffekt sind unregelmäßige Schwankungen der Tageslänge, die mit Perioden von etwa zehn Jahren auftreten. Eine Hypothese für die Erklärung geht von klimatischen Ursachen aus: Die Höhe des globalen, mittleren Meeresspiegels ist geringfügigen Schwankungen unterworfen, bedingt durch Abtauen der Polkappen oder umgekehrt Gefrieren der Eismeere. Als Folge schwankt das Trägheitsmoment der Erde und dementsprechend ändert sich auch die Rotationsgeschwindigkeit. – F. Richard Stephenson: Historische Finsternisse – eine astronomische Fundgrube. Spektrum der Wissenschaft. S.122-132, Dezember 1982 – David Schneider: Droht Land unter?. S.80-85. Spektrum der Wissenschaft, Juni 1997. Symbolische Bedeutung von Sonne und Mond Mythos, Religion, Literatur, Volksmusik und bildende Kunst bieten genügend Ansatzpunkte für eine lohnende Zusammenarbeit mit Kollegen verwandter Fachrichtungen. In der Literaturgeschichte gibt es viele Hinweise auf wechselnde symbolische Bedeutungen von Sonne und Mond. Die Sonne war in der Reformation Symbol für Klarheit und Gerechtigkeit. Der Mond und die Gestirne, die auch nachts Licht brachten, galten im 17. Jahrhundert als Zeichen göttlicher Verheißung an die gefallene Welt. Der Mond allein aber erinnerte meist an die Veränderlichkeit der Welt und die Launenhaftigkeit allen Glücks. In einem prächtigen, reich illustrierten Werk stellt [Jobé] besonders die kulturelle Bedeutung der Sonne dar: – Joseph Jobé (Hg.): Die Sonne, Licht und Leben. Freiburg: Herder, 1975 Ausführlich und lesenswert: – Diana Brueton: Der Mond – Mythos und Magie, Fakten und Phantasie über einen himmlischen Körper. München: Heyne, 1995. Ein Streifzug durch die Kultur mit vielen Anregungen: – Elisabeth Hämmerling: Sonnenfeuer – das Wunder der Lebensenergie. Zürich: Kreuz, 1990 – – – „Der Mond ist aufgegangen“. Text: Matthias Claudius, 1773. Melodie: Johann A.P. Schulz, 1790 „Der Mann im Mond“. Text und Musik: Klaus W. Hoffmann. aus: Ich bin neugierig. Neue Kinderlieder mit Helga & Klaus u. Freunden. LP 0097, MC 88168; auch auf der Tonbandkassette: Kinderlieder 3. Dortmund: Verlag „pläne“, 1987 „Sonnentanzlied“ aus: Wolfgang Löscher: Der Wind, das himmlische Kind. München: Don Bosco, 1989 Gründliche Darstellung einer speziellen Frage: – Gerhard H. Lemke: Sonne, Mond und Sterne in der deutschen Literatur seit dem Mittelalter – ein Bildkomplex im Spannungsfeld gesellschaftlichen Wandels. Bern: Lang, 1981 Zur kontroversen Frage der Bedeutung von Steinkreisen: – Rolf Müller: Der Himmel über dem Menschen in der Steinzeit – Astronomie und Mathematik in den Bauten der Megalithkulturen. Berlin: Springer, 1970 – Aubrey Burl: „Liegende Steinkreise: Zeugen eines alten Mondkultes“. Spektrum der Wissenschaft. S.51-57, Februar 1982 Die Entstehung des heliozentrischen Weltbildes im kulturellen Zusammenhang erklärt: – Claus Meyer-Bothling: Gesellschaftliche Einwirkungen auf das physikalische Weltbild. Blaue Reihe des LEU, Heft FTh9 Landesinstitut für Erziehung und Unterricht Stuttgart Die Sonnenfinsternis 1999 im Unterricht 13 Einsatz im Unterricht Die Sonnenfinsternis findet in den Sommerferien statt, aber das öffentliche Interesse wird schon viel früher geweckt sein - die Anfänge zeichnen sich bereits ab. Wir Lehrer sind dadurch herausgefordert, das Thema im laufenden Schuljahr zu behandeln. Eine Unterrichtsstunde zur Finsternis wäre das Einfachste, das Ereignis bietet aber wesentlich mehr an Potential, denn wenn wir uns nicht lediglich mit der Finsternis selbst, sondern auch mit den verursachenden Körpern befassen, mit Sonne und Mond nämlich, bietet das Thema genügend Breite und Tiefe für Unterrichtsprojekte, in denen Schüler Raum haben, individuell gewählte Schwerpunkte und Interessengebiete zu entwickeln. In den aktuellen pädagogischen Diskussionen taucht immer wieder die Forderung auf, den systematischen Unterricht, der im Schulalltag überwiegt, durch Phasen der Projektarbeit zu ergänzen. Dafür bietet sich hier eine Gelegenheit, in der das bereits vorhandene Interesse uns Lehrern die Vorbereitung erleichtert. In den Hintergrund und die Methode des Projektunterrichts geben folgende Werke einen Einblick: – – – – Johannes Bastian u.a. (Hg.): Theorie des Projektunterrichts. Hamburg: Bergmann + Helbig, 1997 Johannes Bastian u.a. (Hg.): Das Projektbuch II. Hamburg: Bergmann + Helbig, 1990 Hilbert Meyer: Unterrichtsmethoden, 2 Bände. Frankfurt: Scriptor, 1987 Werner Jank, Hilbert Meyer: Didaktische Modelle. Frankfurt: Scriptor, 1991 Je nach Art des Projektes, kann das Ergebnis ein Objekt sein (Sonnenuhr), ein Ereignis (das gemeinsame Erleben der Sonnenfinsternis), ein schriftliches Erzeugnis (Plakatwände zu „Licht und Schatten“), oder irgendetwas ganz anderes. Oft ist es ein zusätzlicher Ansporn, wenn die Projektergebnisse einer Öffentlichkeit präsentiert werden können, die über die Klasse oder Schule hinausgeht. Heutzutage gibt für viele Schulen die attraktive Möglichkeit, Projektergebnisse im Internet zu veröffentlichen. Um solche Schulen zu unterstützen, richtet das LEU in Zusammenarbeit mit der Hochschule für Druck und Medien einen Wettbewerb aus. Die Bedingungen sind veröffentlicht unter: – http://www.sonnenfinsternis1999.de Die Stadt Stuttgart veranstaltet ein siebentägiges Stadtfest um die Finsternis herum. Dabei wird interessierten Gruppen die Möglichkeit geboten, ihre Projektergebnisse auszustellen. Weitere Informationen stellt das LEU im Internet bereit: – http://www.leu.bw.schule.de/allg/uricht/sofi99 Beispielhafte Projektskizzen Die ersten drei Skizzen entstanden in der Lehrerfortbildung: Fächerübergreifende Projekte am Beispiel der Sonnenfinsternis 1999 Staatliche Akademie für Lehrerfortbildung Calw, 22.6. bis 24.6.1998 Sie sind hier leicht überarbeitet wiedergegeben. Experimente zur Sonnenfinsternis 1999 Die erste Projektskizze befasst sich ausschließlich mit der Finsternis und ihren Auswirkungen. Das Projekt ist naturwissenschaftlich ausgerichtet. Es setzt voraus, dass man sich am 11. August, in den Ferien, trifft. Das gemeinsame Erlebnis kann zu einem Zeltlager erweitert werden. Anschließend, noch in den Ferien oder im neuen Schuljahr, sollten die Ergebnisse zusammengefasst und veröffentlicht werden. Ein grosser Teil der Dokumentation kann aber schon im Schuljahr abgeschlossen werden, wenn die Experimente probeweise durchgeführt werden. Ziel: Jeder Schüler soll die Sonnenfinsternis bewusst und informiert erleben. 1.) „Sonnentaler“ mit Hilfe gelochter Metallplatte („Lochkamera“) erzeugen, ergibt auf geeignetem Hintergrund künstlerische Fotos! Der Effekt tritt auch bei partieller Finsternis auf. (Strohhut, unter Bäumen) 2.) Lichtkurve aufnehmen: (1) mit Belichtungsmesser und Streuscheibe oder (2) mit Solarzelle + Voltmeter oder (3) mit Fotowiderstand + Batterie + Amperemeter. Die Messung läßt sich automatisieren, z.B. mit Computer und Analog-digital-Wandler. Landesinstitut für Erziehung und Unterricht Stuttgart Die Sonnenfinsternis 1999 im Unterricht 14 3. Sonnenfilter für Ferngläser herstellen: Ringe aus Plastikrohr (Abfall vom Flaschner), deren Durchmesser etwas größer als der Objektivdurchmesser ist, passend mit Tesamoll auskleiden. Nur geprüfte Filterfolie verwenden! Die Folie muss fest sitzen! (siehe Abschnitt: „Bau eines Sonnenfilters“) 4.) Fotografieren mit Mehrfachbelichtung. Videoaufnahmen (mit Ton: Vogelstimmen). Fotografieren der Totalität mit Teleobjektiv oder Fernrohr, Fotografieren des Horizonts. 5.) Temperaturkurve elektronisch registrieren. Ein Sensor im Sonnenlicht, und ein zweiter im Schatten. Aufzeichnung der Messwerte evtl. mit Videokamera zur späteren Auswertung. 6.) Auf Licht schnell reagierende Blütenpflanzen beobachten. 7.) Veränderung der Vogelstimmen hören / aufzeichnen, vgl. 3.). 8.) Sterne und Planeten beobachten (vorher Sternkarte studieren!). 9.) Genaue Uhrzeit des Totalitätsbeginns an verschiedenen, möglichst weit entfernten Orten. Eventuell Kontakt mit anderen Beobachtungsgruppen. Berechnung der Schattengeschwindigkeit. Vorher: Testversuche und Info-Wand für Mitschüler und Lehrer. Nachher: Vergleich der Ergebnisse mit anderen Beobachtungsgruppen. Präsentation der Ergebnisse in der Schulöffentlichkeit, dem Internet, evtl. darüber hinaus. Sonnenuhr Auch das zweite skizzierte Projekt ist naturwissenschaftlich ausgerichtet. Hier kommt nur noch die Sonne vor, aber – wie bei der Finsternis – spielt ihre Position eine zentrale Rolle. Siehe dazu den Abschnitt: „Die Sonne als Zeitgeber“. Zeitrahmen: Sechs Wochen Vorbereitung mit anschließenden Projekttagen. Sechs Wochen vor Beginn der Projekttage: Materialsammlung durch Schüler (Fotos, Bilder, Texte zu konkreten Sonnenuhren), Präsentation der gesammelten Informationen. Gemeinsame Planung der Aktivitäten für Einzelgruppen: – Bau individueller Sonnenuhren. Die Gruppen können sich so abstimmen, daß möglichst verschiedene Typen gebaut werden. – Ausstellungen zu einzelnen Themen, z.B. „Die Zeit in verschiedenen Kulturen“ oder „Bilder von Sonnenuhren“. – Vorbereitung von Aufführungen, bei denen die Zeit eine Rolle spielt. – Vorbereitung von Wettbewerben, bei denen die Zeit eine Rolle spielt. – Teilaufgaben für ein Gemeinschaftsprojekt, z.B. eine große „lebendige Sonnenuhr“ auf dem Schulhof. Dabei ist u. A. zu klären: Materialbedarf – Materialbeschaffung – Standort – Wer muss informiert werden? – Genehmigung – Präsentation (Presse einladen?) – Unterstützung durch Firmen. Die Vorbereitung sollte eine Erklärung enthalten, wie eine Sonnenuhr funktioniert. 2 - 3 Projekttage: Die Projekte der Einzelgruppen werden fertiggestellt. Den Abschluß bildet eine Präsentation aller Ergebnisse mit einer Feierstunde, deren Beginn an der „lebendigen Sonnenuhr“ abgelesen wird. Landesinstitut für Erziehung und Unterricht Stuttgart Die Sonnenfinsternis 1999 im Unterricht 15 Licht und Schatten Das dritte skizzierte Projekt ist fächerverbindend, es eignet sich auch gut für eine größere Anzahl von Schulklassen. Landesinstitut für Erziehung und Unterricht Stuttgart Die Sonnenfinsternis 1999 im Unterricht 16 Linear-parabolischer Solar-Wurst-Grill Ein Beitrag zur kulinarischen Mathematik, mit dem die Klasse 9b der Walter-Erbe-Realschule Tübingen bei dem NANU-Wettbewerb 1998 den 3. Preis errang. Die Projektgruppe schreibt dazu: „Bei einem Lernfest in der Tübinger Südstadt konnten unsere Ergebnisse erstmals einer großen Öffentlichkeit vorgestellt werden. Keine Vorführung erregte so viel Staunen wie unsere HEISSE ROTE. Es gab sogar ganz ungläubige Bemerkungen, wie ‚Das ist doch nur ein Späßle, des gibt's doch net wirklich!‘ Gerne haben wir dann unsere Hightech-Neuheit erklärt. Der große Nutzen dieses Solargrills liegt darin, dass er gänzlich ohne Primärenergieträger auskommt. Außerdem werden keine Verbrennungsrückstände mitverzehrt. Grillunfälle durch unvorsichtige Handhabung von brennbaren Flüssigkeiten gehören auch der Vergangenheit an. Doch das Wichtigste dabei ist: Wir hatten bei der Anfertigung sowie bei der Erarbeitung der naturwissenschaftlichen Hintergründe viel Spaß - beim Grillen und Essen werden wir ihn in jedem Fall noch lange haben.“ Landesinstitut für Erziehung und Unterricht Stuttgart Die Sonnenfinsternis 1999 im Unterricht
