Die Sonne

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Didaktische FWU-DVD
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Das Universum
Die Sonne
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Bezug zu Lehrplänen und
Bildungsstandards
Die Schülerinnen und Schüler
• lernen die Größenordnungen von
Angaben zum Beschreiben der Sonne
(Entfernung, Durchmesser, Masse,
Temperatur) kennen;
• können die von außen sichtbaren
Schichten der Sonne beschreiben
und kennen typische Größen wie
Temperatur und Ausdehnung;
• kennen den inneren Aufbau der Sonne
und die wichtigsten Eigenschaften der
einzelnen Schichten;
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• erkennen die wichtigsten Phänomene
der Sonnenaktivität an deren Aus­
sehen;
• erfahren, dass die Größenordnungen
bei der Beschreibung von Himmelskörpern sich drastisch von denen in
der Erfahrungswelt der Schülerinnen
und Schüler unterscheiden;
• erkennen die Rolle der Sonne als ein
Stern unter vielen in einer Galaxie;
• erkennen die enorme Energieausbeute bei der Kernfusion;
• erkennen, wie das Wechselspiel aus
Strahlungstransport nach außen und
der anziehenden Schwerkraft die
Struktur der Sonne formt und wie
sich dieses Gleichgewicht ändern
kann;
• erkennen, dass auch der Energievorrat der Sonne nicht unerschöpflich
ist;
• kennen die Kernfusion als Energiequelle der Sonne;
• können die Phänomene der aktiven
Sonne erkennen und beschreiben;
• können die Auswirkungen der Sonnenaktivität auf die Erde beschreiben.
Zum Inhalt
Die Sonne (Film 22 min)
Das uns vertraute Bild der Sonne als
kleiner, sehr grell leuchtender Kreis am
Himmel dient als erster Einstieg. Rasch
werden die Fakten über die Sonne eingeführt und sie wird in die Vielzahl von
Sternen eingeordnet. Die Frage nach der
Quelle der Sonnenenergie führt zu der
Betrachtung der Wasserstofffusion, den
dafür erforderlichen Bedingungen und
der Rate, mit der die Energie im Sonnen­
inneren frei wird. Im Anschluss wird gezeigt, wie die im Kern frei werdende
Energie auf ihrem Weg zur Oberfläche
die verschiedenen Schichten im Sonnen­
inneren gestaltet, bevor sie durch die für
uns sichtbaren Schichten entweicht. Diese sichtbaren Schichten, die im weiteren
Sinne der Sonnenatmosphäre zugeordnet sind, werden nun genauer betrachtet, ihre Ausdehnung und die grund­
legenden Parameter wie beispielsweise
die Temperatur werden vermittelt. An
diese allgemeine Beschreibung schließt
sich eine Betrachtung der Phänomene
der Sonnenaktivität an. Die aufgrund von
mehreren Plasmaströmen in verschiedene Richtungen ständig wechselnden
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magnetischen Felder und deren Auswirkungen auf die Plasmaströme werden
als Ursache herausgestellt. Die meisten
Erscheinungen werden anhand von umfangreichem NASA-Filmmaterial vorgestellt. Welche der Aktivitätsphänomene
Auswirkungen haben, die auch auf der
Erde empfindlich spürbar sein können,
wird nun erarbeitet. Die möglichen Wirkungen und entsprechende Diagnoseverfahren sowie Schutzmechanismen
werden vorgestellt. Dabei wird auch
darauf eingegangen, dass mögliche
Schäden in unserer hoch technisierten
Welt deutlich empfindlicher zu spüren
sein können, als das in der vorindustriellen Zeit der Fall war. Der Film schließt
mit einigen Informationen zu ultravioletter Strahlung und der Rolle des Ozons
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in der Erdatmosphäre. Hier wird noch
einmal herausgestellt, dass nicht nur die
Phänomene der Sonnenaktivität eine
Gefahr darstellen können, sondern dass
auch das alltägliche Sonnenlicht nicht
völlig ungefährlich ist.
Menü „Die Sonne“ (Sequenzen)
Unsere Sonne (Filmsequenz 2:50 min)
Die Sonne als Lichtquelle und als Garant
für flüssiges Wasser und Leben auf der
Erde ist wohlbekannt. Die wahre Natur
dieser am Himmel recht kleinen, wenn
auch sehr hell erscheinenden Lichtquelle
wird im Folgenden vorgestellt. Man erkennt die Sonne als Stern, erfährt ihre
Entfernung zur Erde und ihre Abmessung
sowie ihre Masse. In diesem ersten Schritt
wird die Sonne als Zentralgestirn unseres
Sonnensystems eingeführt und ihre Abmessungen mit denen der Erde verglichen. In einem nächsten Schritt werden
die Eigenschaften der Sonne mit denen
von anderen Sternen verglichen, ihre Position in der Galaxis wird vorgestellt.
Die Energiequelle der Sonne
(Filmsequenz 5:20 min)
Diese Sequenz stellt die Kernfusion vor.
Anhand der in der Sonne ablaufenden
Proton-Proton-Kette wird gezeigt, wie
diese Kernumwandlung in der Sonne
stattfindet, welche Bedeutung der Massendefekt hat, und wieso die Fusion
überhaupt stattfinden kann, obwohl die
Temperatur im Sonneninneren dafür eigentlich nicht ausreicht. Auch die in jeder Sekunde abgegebene Energie wird
angesprochen sowie die Tatsache, dass
die Strahlungsenergie zusammen mit der
Gravitation ein Gleichgewicht hält, aus
dem die Größe und der Aufbau der Sonne resultieren. Zum Abschluss wird ein
Ausblick auf die zukünftige Entwicklung
der Sonne gegeben.
Innerer Aufbau der Sonne
(Filmsequenz 3:30 min)
Die im Inneren der Sonne frei werdende
Energie wandert zum Sonnenrand und
gestaltet dabei die Schichten der Sonne.
Diese Schichten werden vorgestellt, wobei die Beschreibung der Wechsel­
wirkung von Strahlung und Materie im
Vordergrund steht. Vor allem die Vorgänge, die die Ursache der Konvektionszone
sind, werden hier genauer betrachtet.
Auf Teile der inneren Sonnenschichten,
die für die Entstehung des solaren Magnetfeldes eine Rolle spielen, wird hingewiesen.
Atmosphäre der Sonne
(Filmsequenz 2:40 min)
Alle Bereiche der Sonne, aus denen wir
Licht empfangen, sind in diesem Kapitel
zusammengefasst. Die einzelnen Schichten, angefangen mit der Photosphäre
bis hin zum Sonnenwind werden beschrieben. An dieser Stelle werden vor
allem Abmessungen sowie Temperaturen
angegeben.
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Sonnenaktivität (Filmsequenz 3:20 min)
Die Folgen des variablen Magnetfeldes
der Sonne zeigen sich in spektakulären
Ereignissen an der Sonnenoberfläche.
Ihr Auftreten unterliegt einem elfjährigen
Zyklus. Außer den schon seit Jahrhunderten bekannten Sonnenflecken werden auch Erscheinungen gezeigt, deren
Existenz erst seit ein paar Jahrzehnten
beobachtet ist. Über die reine Beschreibung der durch vielfältige Satellitenaufnahmen dokumentierten Erscheinungen
hinaus wird auf die Rolle der Magnetfelder und anderer Vorgänge an der
Sonnenoberfläche eingegangen. Auch
wird beschrieben, welche Auswirkungen
die Phänomene auf die in den Weltraum
abgegebene Strahlung sowie den Sonnenwind haben.
Auswirkungen der Sonnenaktivität
(Filmsequenz 2:30 min)
Die von der aktiven Sonne abgegebene
hochenergetische Strahlung und die
Strömungen hochenergetischer ionisierender Teilchen haben auch Auswirkungen auf die Erde. Während Erdmagnetfeld und Erdatmosphäre das Leben an
der Erdoberfläche weitgehend schützen
können, sind Satelliten und Astronauten
außerhalb dieser Schutzhülle. Daher bedarf deren Sicherheit einer ständigen
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Überwachung der Sonnenaktivität und
darauf basierender Schutzmaßnahmen.
Außerdem müssen technische Einrichtungen vor Änderungen des Erdmagnetfeldes geschützt werden. Dieser Aspekt
ist in der modernen Welt sehr wichtig
geworden.
Sonne und wir (Filmsequenz 1:00 min)
Sonnenstrahlung ist immer auch gefährlich, weil das Strahlungsspektrum auch
die für uns schädliche Ultraviolettstrahlung beinhaltet. Die Rolle der Ozonschicht und die Folgen der Einbringung
von ozonschädigenden Substanzen in
die Erdatmosphäre werden thematisiert
und auf die Wichtigkeit von Sonnenschutzmaßnahmen wird eingegangen.
Aufbau der Sonne (Grafik)
Die im Inneren der Sonne frei werdende
Energie wandert zum Sonnenrand und
gestaltet dabei die Schichten der Sonne.
Sie können mit dieser Grafik erarbeitet
und vertieft werden.
Das Sonnensystem (Grafik)
Die Sonne ist das Zentralgestirn unseres
Sonnensystems, welches in dieser Grafik
dargestellt ist. Zusätzlich finden sich Informationen über den Durchmesser der
Planeten zur Erarbeitung der Größenverhältnisse.
Im ROM-Teil der Produktion findet sich
außerdem noch eine weitere Grafik zur
„Proton-Proton-Kette“, dem häufigsten
Fusionsprozess in der Sonne.
Interaktionen
Hertzsprung-Russell-Diagramm
Zu Beginn des 20. Jahrhunderts kamen
die Astronomen Ejnar Hertzsprung und
Henry Norris Russell auf die Idee, alle bekannten Sterne nach ihrer Oberflächentemperatur und Leuchtkraft in ein Diagramm einzutragen. Dabei entdeckten sie
Erstaunliches: Die Sterne sind nicht
gleichmäßig verteilt, sondern zeigen auffällige Gruppierungen. Bestimmte Kombinationen von Farbtemperatur und Helligkeit sind häufiger als andere. In dieser
Interaktion kann man die Temperatur und
die Helligkeit eines Sterns verändern und
beobachten, wie er dadurch seine Position im Hertzsprung-Russell-Diagramm
verändert. Zusätzlich sollen MultipleChoice-Fragen beantwortet werden.
Sternspektren
Nicht nur die Helligkeit ist von Stern zu
Stern unterschiedlich. Wie die Sonne
senden Sterne nicht nur sichtbares Licht
und Wärmestrahlung aus, sondern auch
andere, für das menschliche Auge nicht
wahrnehmbare Wellenlängen. Das Spektrum reicht dabei von energiereichen
kurzwelligen Gamma- und Röntgenstrahlen bis hin zu sehr langwelligen
Radiowellen. Die Sonne und viele andere
Sterne geben jedoch einen Großteil ihrer
Strahlung als sichtbares Licht ab. Die
Verteilung der Strahlung über das Spektrum des sichtbaren Lichts bestimmt die
Farbe eines Sterns. In dieser Interaktion
wird erarbeitet, welche Elemente ihr
Signal im Spektrum eines Sternes hinterlassen haben.
Sternentwicklung
Auch Sterne haben einen Lebenszyklus.
Sie entstehen, verändern im Laufe der
Zeit ihre Größe, Farbe und Spektralklasse und gehen schließlich wieder zugrunde. In dieser Interaktion sollen die Phasen der Sternentwicklung in die richtige
Reihenfolge gebracht werden. Zusätzlich
finden sich hier Informationstexte zum
Thema Sternentwicklung.
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Didaktische Hinweise
Die Sonne ist das Zentralgestirn unseres
Sonnensystems und spielt in mehreren
Unterrichtsfächern eine Rolle. So wird
sie im Geographieunterricht schon sehr
früh betrachtet, wenn die Position unserer Erde im Weltall untersucht wird.
Ihr Einfluss auf das Klima auf der Erde
ist ebenfalls ein mehrfach wiederkehrendes Thema. Die Folgen menschlicher
Aktivitäten in Bezug auf die Wechselwirkung unserer Atmosphäre mit der Sonnenstrahlung, allen voran Ozonloch und
Treibhauseffekt, sind Gegenstand allgemeinen Interesses im Tagesgeschehen.
Gerade in der Physik spielt die Sonne
eine weit umfassende Rolle. Sie ist, vorbehaltlich einiger weniger Aufnahmen
mit modernsten Instrumenten, der einzige Stern, den wir zuverlässig räumlich
auflösen können und der nicht nur als
eine Punktlichtquelle erscheint. Nur von
der Sonne können Spektren von einzelnen Bereichen gezielt aufgenommen
werden, um lokale Strukturen und Magnetfelder zu untersuchen. Somit dient
die Sonne als lokales Vergleichsobjekt,
wenn weiter entfernte Sterne untersucht
werden. Ihre Gravitation hält unser Sonnensystem zusammen. Die Kernfusion
als Energiequelle der Sonne und aller
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anderen Sterne ist in der Sekundarstufe
ein wichtiges Thema – sei es bei der ersten Betrachtung von Kernumwandlungen in der Sekundarstufe I oder bei einer
quantitativen Untersuchung der Vor­
gänge in der Sekundarstufe II. Ist in der
Sekundarstufe II Astrophysik als Alternative zur Kernphysik vorgesehen, so ist
die Sonne ohnehin als der am besten
erforschte Stern wichtiger Unterrichtsbestandteil und Ausgangspunkt für die
Betrachtung anderer Sterne.
Der Film bzw. einzelne Teilsequenzen
können sowohl als erster Einstieg als
auch zur Ergebnissicherung eingesetzt
werden. Kurze Ausschnitte, zum Beispiel
über die Auswirkungen der Sonnenaktivität auf die Erde, können auch fächerübergreifend im Fach Deutsch als Einstieg für Debatten oder Erörterungen zu
Umweltschutzthemen dienen und dabei
wichtige Sachinformationen vermitteln.
Arbeitsblätter vertiefen manche Sachverhalte. Sie ermöglichen eine detailliertere Auseinandersetzung mit Schlüssel­
themen wie Größenordnungen oder
Kernreaktionen. Dabei können sie auch
gut zur Binnendifferenzierung eingesetzt
werden.
Arbeitsmaterial
Als Arbeitsmaterial steht Ihnen im ROMTeil ein umfangreiches Angebot an ergänzenden Materialien zur Verfügung
(siehe Tabelle).
Die Arbeitsblätter liegen sowohl als PDF- als auch als Word-Dateien vor:
• Die PDF-Dateien können am PC
direkt ausgefüllt oder ausgedruckt
werden.
• Die Word-Dateien können bearbeitet
und so individuell an die Unterrichtssituation angepasst werden.
Ordner
Materialien
Didaktische Hinweise
Hinweise zum Einsatz des Films, der Sequenzen und der
ergänzenden Arbeitsmaterialien
Arbeitsblätter
(mit Lösungen)
1) Die Sonne ist groß und weit weg …
2)Sonnen-Suchsel
3.1)Unsere Sonne
3.2)Unsere Sonne (für Experten)
4) Sonnenenergie und Kernreaktionen
5) Sonnige Knobelaufgabe
Interaktionen
• Hertzsprung-Russell-Diagramm
• Sternspektren
• Sternentwicklung
Grafiken
• Aufbau der Sonne
• Das Sonnensystem
• Proton-Proton-Kette
Filmtext
Filmtext als PDF-Dokument
Programmstruktur
Übersicht über den Aufbau der DVD
Weitere Medien
Informationen zu ergänzenden FWU-Medien
Produktionsangaben
Produktionsangaben zur DVD und zum Film
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46 11141 Das Universum – Die Sonne
Programmstruktur
Das Universum
Die Sonne
Programmstruktur
Untermenü
Hauptmenü
Die Sonne
Das Universum
Die Sonne
Unsere Sonne
2:50 min
Die Sonne
Film 22 min
Die Energiequelle der Sonne
5:20 min
Die Sonne
Sequenzen
Innerer Aufbau der Sonne
3:30 min
Aufbau der Sonne
Grafik
Atmosphäre der Sonne
2:40 min
Das Sonnensystem
Grafik
Sonnenaktivität
3:20 min
Auswirkungen
der Sonnenaktivität
2:30 min
Die Sonne und wir
1:00 min
Arbeitsmaterial
Arbeitsmaterial
Didaktische Hinweise
5 Arbeitsblätter
3 Grafiken
3 Interaktionen
Filmtext
Programmstruktur
Weitere Medien
Produktionsangaben
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Produktionsangaben
Das Universum: Die Sonne (DVD)
Produktion
FWU Institut für Film und Bild, 2015
Buch
Nadja Podbregar, Harald Frater
Dr. Sylvia Becker
Dr. Maike Schuchmann
DVD-Konzept
Dr. Maike Schuchmann
Computeranimation, Schnitt
Harald Frater
DVD-Authoring und Design
TV Werk GmbH
im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild,
2015
Sprecher
Sebastian Prittwitz
Coverbild
NASA / Goddard / SDO
Grafiken
MMCD NEW MEDIA GmbH, Düsseldorf
© haade – Wikicommons
Interaktionen
MMCD NEW MEDIA GmbH, Düsseldorf
im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild
und
Ernst Klett Verlag GmbH, 2010
Bildnachweis
NASA, NASA / SDO, NASA / JPL
NASA/Goddard Space Flight Center
Conceptual Image Lab
SOHO (ESA & NASA)
NASA Science Visualization Studio
clipdealer.de
Reshat Aliyev – Fotolia.com
Fachberatung
Dr. Sylvia Becker
Redaktion
Dr. Maike Schuchmann
Arbeitsmaterial
Dr. Sylvia Becker
Begleitheft
Dr. Maike Schuchmann
Nur Bildstellen/Medienzentren:
öV zulässig
Redaktion
Dr. Maike Schuchmann
© 2015
FWU Institut für Film und Bild
in Wissenschaft und Unterricht
gemeinnützige GmbH
Geiselgasteig
Bavariafilmplatz 3
D-82031 Grünwald
Telefon
(089) 6497-1
Telefax (089) 6497-240
E-Mail [email protected]
[email protected]
Internetwww.fwu.de
Produktionsangaben zum Film
„Die Sonne“
Produktion
MMCD NEW MEDIA GmbH, Düsseldorf
im Auftrag des
FWU Institut für Film und Bild, 2015
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Didaktische FWU-DVD
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Das Universum: Die Sonne
Sie wärmt uns, sorgt für Tag und Nacht und spendet Energie – ohne die Sonne wäre
Leben auf der Erde nicht möglich. Doch was genau geschieht eigentlich auf und in dem
Zentralgestirn unseres Planetensystems? Die Produktion erklärt mithilfe beeindruckender
Realaufnahmen und Animationen die entscheidenden Phänomene und Vorgänge in und
auf der Sonne und setzt sie mit unseren alltäglichen Beobachtungen und Erfahrungen
in Beziehung. Im Arbeitsmaterial stehen Arbeitsblätter, drei Interaktionen und weitere
ergänzende Unterrichtsmaterialien zur Verfügung.
Erscheinungsjahr: 2015
Laufzeit: 22 min
Film:
1
Filmsequenzen: 7
Grafiken:
2
Sprache: Deutsch
DVD-ROM-Teil:
Unterrichtsmaterialien
Interaktionen:
3
Arbeitsblätter:5 (mit Lösungen; z. T. binnen­
differenziert)
Adressaten:
Allgemeinbildende Schule
(Klasse 8- 13)
Schlagwörter: Atmosphäre, Atom, Chromosphäre, differentielle Rotation, Elektron,
elektro­magnetisches Spektrum, Energie, Erde, Gas, Gefahr, Gravitation, Ion,
Helium, Kern, Kernfusion, Konvektion, Korona, Kraft, Leben, Magnetfeld,
Masse, Ozon, Planet, Polarlicht, Proton, Protuberanzen, Rotation, Satellit,
Schichten, Sonne, Sonnenfinsternis, Sonnenwind, Solarenergie,
Sonnensystem, Spektrum, Stern, Strahlung, Wärme, Wasserstoff
Systematik: Physik
 Kernphysik  Kernumwandlungen
 Astronomie  Astrophysik, Geophysik;
Weltraumfahrt
 Atomphysik  Atombau, Spektren
Lehrprogramm
gemäß
§ 14 JuSchG
GEMAFREI
www.fwu-shop.de
Bestell-Hotline: +49 (0)89-6497-444
[email protected]
FWU Institut für Film und Bild
in Wissenschaft und Unterricht
gemeinnützige GmbH
Geiselgasteig
Bavariafilmplatz 3
82031 Grünwald
Telefon +49 (0)89-6497-1
Telefax +49 (0)89-6497-240
[email protected]
www.fwu.de
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