Astronomie: Der Himmel im Lauf eines Tages

Arbeitsblatt „Ein Tag“ - Astronomie
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Arbeitsblatt „Ein Tag“: Was sieht man am Himmel im Lauf eines Tages von 24 Stunden?
Inhaltsverzeichnis:
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Arbeitsblatt „Ein Tag“: Was sieht man am Himmel im Lauf eines Tages von 24 Stunden? .......... 1
1. Bewegung mit Stellarium ................................................................................................ 1
2. Grundeinstellungen Skychart, Planetensymbole ............................................................. 2
3. Bewegung der Sterne mit Skychart ................................................................................. 3
4. Bewegung der Sterne in einer Nacht in FN ..................................................................... 4
5. Bewegung der Sterne an anderen Orten auf der Erde ..................................................... 5
1. Bewegung mit Stellarium
Mit Stellarium können wir einen realistischen Himmel simulieren. Das Bild am Schirm sieht fast
so aus, wie der Himmel in Wirklichkeit.
a) Notiere Dir im Heft die Überschrift: Der Himmel im Lauf eines Tages und einer Nacht.
b) Starte Stellarium (durch Doppelklick auf StellariumPortable.exe im Ordner StellariumPortable, den Du in der Schule von P:\Friegabe\Poprogs\Astro kopiert hast. Er sollte inzwischen zu Hause auf Deiner Festplatte sein).
c) Blicke am 1.9. (das Jahr spielt keine Rolle) um 20:00 nach Süden und vergrößere den
FOV auf ungefähr 130..140°. Du erkennst am Abend die Milchstraße, und nahe des Zenits siehst Du das Sommerdreieck bestehend aus Deneb, Wega und Atair. Im Westen
siehst Du Arktur im Sternbild Bärenhüter (Boo) und den großen Waagen. Im Osten siehst
Du Pegasus und Andromeda und darüber Kassiopeia.
d) Skizziere im Heft das Sommerdreieck mit den drei Sternbildern (und jeweils mit den drei
beschrifteten hellsten Sternen), rechts davon Bärenhüter (mit Arktur), großer und kleiner
Wagen und links davon: Andromeda, Pegasus, Kassiopeia
e) Klicke dreimal auf
. Die Sterne bewegen sich nun schnell von Osten nach Westen
über den Himmel. Wenn Du nochmals darauf klickst, verstärkt sich der Zeitraffereffekt.
Durch Klick auf
wird die Sternbewegung wieder langsamer.
f) Wenn Du durch Klick auf
die Atmosphäre abschaffst, so siehst Du auch tagsüber
die Sterne, wenn die Sonne am Himmel steht.
g) Stoppe den Zeitraffer durch Klick auf
und kehre durch Klick auf
zur ursprünglichen Zeit zurück.
h) Blick nach Norden, Stelle einen FOV von knapp 180° ein und beschleunige die Simulation erneut. Du stellst fest, dass sich die Sterne nun entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn
bewegen. Was stellst Du sonst noch alles fest? Um welche Stelle drehen sich die Sterne?
Notiere Dir im Heft Deine Beobachtung.
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W.Seyboldt
Stand: 29.12.13
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2. Grundeinstellungen Skychart, Planetensymbole
Das Ziel der Simulation von Skychart ist kein realistischer Himmel, sondern ein informativer.
Wir können damit viele Informationen über Sterne und andere Himmelsobjekte visuell machen
und wir können die Bewegung der Sterne gezielt simulieren.
a) Wir wollen nun die Bewegung der Sterne mit Skychart genauer und gezielter ansehen.
Das geht mit Stellarium nur schwer. Deshalb benutzen wir auch das komplexere Programm Skychart (Carte Du Ciel), das keinesfalls so einfach und intuitiv zu benutzen ist
wie Stellarium. Es zeigt den Himmel auch nicht so realistisch, sondern dient dazu Amateurastronomen wichtige Informationen zu liefern. Man kann es auch benutzen, um ein
Fernrohr automatisch auf einen bestimmten Stern auszurichten.
b) Starte Skychart („Cartes du Ciel“) mit >PStart >Skychart – Carte Du Ciel. (oder im
Ordner portable_skychart durch Doppelklick auf skychart.cmd)
Die wichtigsten Befehle findest Du in PrgDoku\Skychart_memento_1.1.1_en.pdf, eine
ausführlichere Anleitung in PrgDoku\skychart_doc_en.pdf. Beide Dateien stehen auch im
Ordner portable_skychart des Programms.
c) Wähle mit dem Icon
„Datum und Zeit einstellen“ (links) den 15.12. um 16:00,
(schalte zuvor „Systemzeit benutzen“ durch Klick auf das Häckchen aus, es wird zuerst
der Monat, dann der Tag eingegeben) blicke nach Süden (Icon S, rechts) und sorge notfalls mit dem Icon
sind.
(Mitte oben) dafür, dass nur die Sterne ohne Hilfslinien zu sehen
Sorge notfalls mit dem Icon
rechts oben dafür, dass der Himmel dunkel ist. Die Sterne sind immer sichtbar, so wie wenn keine Atmosphäre vorhanden wäre.
d) Wenn wir auf das Icon
(links oben, dritte Lupe von rechts) klicken, können wir das
Gesichtsfeld mit einem Schieber einstellen. Wir stellen den Schieber etwa auf 130°. Mit
dem Mausrad kann man das Blickfeld FOV (Field of View, Gesichtsfeld) vergrößern oder
verkleinern.
Bewegt man bei gedrücktem Mausrad die Maus, so ändert sich die Blickrichtung
(Anmerkung: Das Gesichtsfeld des Menschen mit beiden Augen zusammen beträgt maximal 180° horizontal und 60° nach oben und 70° nach unten. Die Objekte am Rand sind
aber nur noch wahrnehmbar, wenn sie sich bewegen. Die Farbe Blau kann von einem
Menschen etwa in einem Bereich von 140°, die Farbe Rot in einem Bereich von 100°
wahrgenommen werden, siehe auch http://de.wikipedia.org/wiki/Gesichtsfeld)
e) Blicken wir auf den von Skychart dargestellten Himmel, erkennen wird, dass die Sonne
(oder großer gelber Kreis, die Einstellung kannst Du ändern mit >Einstellungen
>Sonnensystem >Planet) rechst von SW (Südwesten) nahe des Horizontes steht. Sie geht
bald unter. Klicke mit der rechten Maustaste auf die Sonne und wähle „Über Sonne“.
Dort findest Du auch die augenblicklichen Sonnenauf- und -untergangszeiten.
f) Notiere im Heft unter dem Stichwort: „Die Sonnenbewegung“, wann am 15.12. Sonnenaufgang bzw. Sonnenuntergang ist. Die Kulmination gibt an, wann die Sonne bei uns am
höchsten steht, d.h. wann der wahre Mittag ist. Notiere das ebenfalls. Erkläre den Begriff
Kulmination: Die höchste (oder tiefste) Position eines Sterns, besser die Durchgangszeit
des Objekts durch den Meridian.
Merke Dir, dass die Sonne keinesfalls um 12:00 am höchsten steht, sondern bei uns rund
¼ bis ½ Stunden später (mit Sommerzeit also 1¼ bis 1½ h später)
Notiere im Heft ebenfalls die Helligkeit der Sonne und ihren Durchmesser (Merke Dir:
die scheinbare Größe der Sonne und des Mondes ist etwa 1/2° ).
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W.Seyboldt
Stand: 29.12.13
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g) In der Astronomie wird die Sonne oft auch heute noch auch als Planet bezeichnet – Planet
heißt eigentlich Wanderer (relativ zu den Sternen) und die Sonne wandert, wie wir noch
sehen werden. Der Mond wandert ebenfalls, er ist also traditionell auch ein Planet. Erst in
der Neuzeit hat man festgelegt, dass Sterne Himmelsobjekte sind, die selbst Licht erzeugen (also auch die Sonne) und dass Planeten Körper sind, die um einen Stern kreisen.
Körper, die um einen Planeten kreisen, heißen Monde. Notiere Dir zu den drei Begriffen
jeweils ein Satz im Heft.
h) Wir sehen auf dem Himmel weitere helle Punkte oder Symbole, die uns zeigen, an welcher Stelle die Planenten zu sehen wären, wenn der Himmel dunkel wäre. Die Symbole
sind:
Sonne
Merkur
Venus
Erde
Mond
Mars
Jupiter
Saturn
Uranus
Neptun
Pluto
(siehe http://www.gbsternwarte.de/hilfe/planet.html)
Lerne die Planetennamen und ihre Symbole. Schreibe die Planeten und ihre Symbole
unter dem Stichwort „Planeten“ ins Heft.
(Bem.: Seit einiger Zeit ist der mit dem bloßen Auge am Himmel nicht zu erkennende
Pluto kein Planet mehr, siehe etwa http://www.neunplaneten.de/nineplanets/planet.html.
Uranus, Neptun und Pluto sind übrigens mit den Augen nicht zu erkennen.)
Merkspruch Planetennamen (bitte im Heft notieren): „Mein Vater erklärt mir jeden
Sonntag unseren Nachthimmel: Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus,
Neptun
Oder besser (ebenfalls notieren): Mein Vater erklärt mir an jedem Sonntag unsere natürliche kosmische Ordnung: Merkur, Venus, Erde, Mars, Asteroidengürtel, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun, Kuipergürtel (oder Transneptunische Objekte TNO mit Pluto und
Eris), Oortsche Wolke (Quelle der Kometen, 1,5 Lj. Entfernung, Grenze des Sonnensystems)
Die hellsten Asteroiden kann man übrigens mit Skychart anzeigen (allerdings sieht man
sie am Himmel nur mit einem guten Teleskop): Toggle mit
(Icon mittle oben)
3. Bewegung der Sterne mit Skychart
a) Die Sternwarte ist weiterhin FN. Ändere aber mit
das Datum auf den 15.12. um
23:00 Uhr und blicke nach Süden (drücke das Icon S rechts) Im Süden ist jetzt der Orion
zu sehen.
b) Klicke nun auf das Icon
„gesamter Himmel“ (rechts), und blicke nach Norden, klicke also auf das Icon N am rechten Bildrand.
c) Stelle mit den oberen beiden Vierteln des Icons
den Himmel so ein, dass nur wenige
Sterne zu sehen sind - die sieben Sterne des großen Wagens im Norden (rechts unten) sollen gerade sichtbar sein. Es sollen keine Sternlinien zu sehen sein (klicke evtl. auf
und keine Namen, klicke evtl. auf
ge.
)
und entferne durch Klick das Häkchen vor Anzei-
Außerdem wollen wir nur die Sterne sichtbar machen, von den vier Icons
links oben soll nur das der Sterne gewählt sein.
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W.Seyboldt
Stand: 29.12.13
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d) Wir wollen nun den Himmel beschleunigt animieren. Das geschieht mit den Icons
(ganz oben recht)
Wähle die Schrittweite 5 Minute, starte durch einen Klick auf
den Zeitraffer. Im
Feld links oben siehst du immer das Datum und die Uhrzeit.
Beachte die Bewegung der Sterne (Das Ruckeln der Sterne kommt von der Simulation,
die Bildschirmauflösung ist nicht gut genug). Nach einiger Zeit stellst du (wie gerade
oben bei Stellarium schon erkannt) nochmals fest, dass sich die Sterne nicht so willkürlich bewegen, wie man zuerst glauben könnte. Sie (und auch die Sonne und die Planeten)
drehen sich alle scheinbar um einen Stern, der Polarstern (Polaris) heißt. Dieser ändert
seine Lage fast gar nicht. Finde ihn. Stoppe die Animation mit
. Klicke auf ihn mit der
rechten Maustaste und wähle „Über Polaris“. Schau Dir die Informationen im Fenster an,
wobei allerdings nicht verlangt ist, sie alle zu verstehen. Falls Du Lust hast, kannst Du
auch auf die Links ganz unten im Fenster klicken und weitere Daten „ansehen“
e) Starte mit
die Animation erneut und beobachte das Sternbild des großen Wagens und
das Sternbild Kassiopeia (das Himmels-W), während der Animation (die Du auch beschleunigen kannst). Beachte ebenso das Sternbild des Orions (das nicht immer sichtbar
ist). Mache evtl. mit
zuerst mehr und dann wieder weniger Sterne sichtbar.
Notiere Deine Beobachtungen im Heft. Schreibe ein paar Sätze zu deinen Beobachtungen beim großen Wagen, bei Orion, … Wie bewegt sich die Sonne, der Mond?
f) Wir wählen im Menü Linien das Äquatoriale Koordinatengitter (oder klicken auf
).
Jetzt sehen wir die Bewegung der Sterne um den Polarstern sehr deutlich. Wir sehen eine
sich drehende Kugel. Die Sterne ändern ihre Lage relativ zu den Koordinatenlinien nicht.
Wir können die Sterne also ein für alle Mal in diesem Koordinatensystem beschreiben
(Allerdings ändern sich diese Koordinaten im Lauf einiger Jahrzehnte doch langsam. Der
Grund hierfür ist die Präzession der Erdachse und die Eigenbewegung der Sterne, siehe
später)
Wir wissen heute, dass die Sterne so weit weg sind, dass man ihre Bewegungen nicht mit
den Augen erkennen kann, sie also fix am Himmel stehen. Die scheinbare Bewegung der
Sterne kommt daher, dass sich die Erde dreht. Der Stern, auf den die Polarachse zeigt,
bleibt dabei aber immer an derselben Stelle.
4. Bewegung der Sterne in einer Nacht in FN
a) Wähle das Datum 15.12.10, 16:00. Wähle mit der Lupe
120°. Blicke nach Süden (klicke auf das Icon S rechts).
einen Sichtwinkel von etwa
b) Starte mit dem Icon
eine Simulation mit der Schrittweite 2 min Bei Betätigen des
Buttons Vorwärts (Pfeil nach rechts) erkennt man, dass sich die Sterne und Planeten langsam von Osten nach Westen bewegen. Bis zum Süden steigen sie an, dann fallen sie wieder.
c) Etwa um 21:15 Uhr halten wir die Animation an. (Die Uhrzeit steht links oben.) Die Sonne ist schon lange untergegangen, etwa um 16:31. Im Osten sind einige markante Sterne
aufgegangen. Es ist das Sternbild des Orion (beachte die blauen Gürtelsterne und den roten Beteigeuze).
d) Falls dir die Sterne zu bunt sind, kannst Du die Darstellung der Sterne ändern: >Einstellungen >Alle Einstellungen >6. Anzeige >Anzeige: Wähle Parametrisch und klicke
auf ok.
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e) Starte die Animation erneut. Gegen 23 Uhr siehst du alle Sterne des Wintersechsecks.
Halte die Animation wieder an.
f) Mit den Icons Mehr und Weniger Sterne
(Iconleiste oben) können wir entscheiden,
wie viele Sterne (bzw. Nebel) wir sehen können, wenn es immer dunkler wird. Bei uns in
FN ist die Umgebung meist recht hell, so dass wir nur wenige Sterne sehen. In den Bergen fernab der Wohnungen sieht man mehr, allerdings erst dann, wenn die Sonne schon
länger untergegangen ist.
g) Wir schauen uns den Himmel mindestens eine Nacht lang an und den beginnenden Tag.
Starte die Animation also erneut, etwa mit 1-5 min. Beobachte einfach mit wachem Sinn.
Du darfst die Darstellung auch ändern. Mit dem Mausrad kann man z.B. zoomen (du
musst dazu die Simulation anhalten und neu starten).
h) Zeige auch mehr oder weniger Sterne an (mit dem viergeteilten Icon links oben, Simulation wieder anhalten und neu starten). Klickst Du auf das i-Icon, so wird anzeigt, bis zu
welcher Helligkeit die Sterne angezeigt werden. Die Zahlen werden größer, wenn der
Stern dunkler wird). In guten Nächten kann man Sterne bis zur Helligkeit 6 sehen, allerdings selten in FN. Wir sehen oft nur bis zur Größe 4.0
i) Mit einem Fernrohr sieht man noch viel mehr Sterne. CdC kann sie darstellen. Scrolle mit
dem Mausrad (Simulation wieder anhalten), so dass nur ein kleiner Ausschnitt des Himmels nahe des Zenits gezeigt wird. Klicke auf das Icon Mehr Sterne und zeige die Legende an (Icon i). Wähle im Menü >Konfiguration >Katalogeinstellung und mache notfalls
auf dem Reiter Sterne 1 vor Tycho 2 ein Häkchen. Jetzt können 2,5 Millionen Sterne bis
zur Größe 12 angezeigt werden – vorausgesetzt, der Himmelsausschnitt ist klein genug.
(Wem das nicht genug ist, der über das Menü >Datei >online resourcen > … echte Fotos
von berühmten Planetarien laden, siehe auch CDC_Einstellungen.doc, Abschnitt 6) In der
Natur kann man mit dem Auge höchstens 8000 Sterne sehen.
j) Notiere Dir einige Sätze im Heft, etwa zu den Themen: Was habe ich beobachtet? Was
hat mich gewundert? Was finde ich interessant? Was will ich noch wissen?
Vergleiche deine Beobachtung am Bildschirm mit deinen bisherigen Beobachtungen
nachts. Was ist dir früher schon aufgefallen? Was würdest Du gerne am Himmel selbst
beobachten?
Du kannst die Animation auch gerne wiederholen. (Stoppe sie, wähle erneut die Startzeit
und starte die Animation erneut)
5. Bewegung der Sterne an anderen Orten auf der Erde
a) Wähle mit
(links oben) als Position den Nordpol und mit
das Datum 19.3., 23
Uhr. Schaue nach Norden (Icon N rechts). Es ist hell, die Sonne steht ganz dicht am Horizont, fast am Nordpol. Wir blicken nun in den Zenit (Klick auf Z) und stellen mit dem
Mausrad den Ausschnitt so ein, dass wir den ganzen Himmel sehen. Falls die Sonne nicht
unten ist, klicken wir nochmals auf N. Wir animieren nun mit 5 min. wir sehen nun, wie
sich das ganze Himmelgewölbe um den Polarstern im Zenit des Himmels dreht. Wenn
wir einige Tage abwarten, sehen wir, dass sich die Sonne langsam hochschraubt. Wer ungeduldig ist, stellt die Animationszeit höher (auf 1 oder 2 Std.). Wenn wir noch ein wenig
warten, sehen wir auch, dass die Sonne im Vergleich zu den Sternen zurückbleibt, sie
wandert auf den gelblichen Linie der Ekliptik
Notiere ein paar Beobachtungen im Heft.
Du kannst die Simulation auch mit Stellarium wiederholen, das ist sicher viel realisti-
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scher. Wähle dort mit dem Icon
die Sternwarte Nordpol, Germany.
b) Wähle als Position den Südpol und wiederhole die Animation von eben, starte aber am
1.3.. Notiere, was Dir auffällt. Wie bewegt sich die Sonne? Kannst Du dies nachvollziehen? Wann ist das Zentrum der Sonne untergegangen? Wann ist die ganze Sonne verschwunden, d.h. wann beginnt die fast ein halbes Jahr dauende Nacht am Südpol.
Wiederhole die Simulation mit Stellarium (Sternwarte Südpol, Germany)
c) Wähle als den Äquator und das Datum 19.3.09, 5 Uhr. Blicke in den Zenit, aber nach
Osten und betrachte den ganzen Himmel. Animiere wieder mit der Schrittweite 1 min.
Was fällt auf? Wie bewegen sich die Sterne? Wie die Sonne. Wo steht der Polarstern?
Was fällt auf, wenn du den Himmel einige Tage lang beobachtest? Was ist Ende Juli?
Was Ende Dezember?
Wiederhole die Simulation mit Stellarium (Sternwarte Äquator, Germany)
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