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Projektdokumentation Unser Sonnensystem Planung und Bau eines dynamischen Kleinplanetariums Fabio Bernasconi und Alessandro Beck Projektarbeit 2006/07, «bugnplay.ch» GROSS UND KLEIN: Rauminstallation Projekt Kleinplanetarium Inhaltsverzeichnis 1 VORWORT...................................................................................................................................... 2 2 ABSTRACT..................................................................................................................................... 3 3 AUFGABENSTELLUNG................................................................................................................. 4 3.1 KLEINPLANETARIUM .................................................................................................................... 4 3.2 PLANETENGUIDE......................................................................................................................... 4 4 PLANUNG....................................................................................................................................... 5 4.1 BERECHNUNGEN UND MASSSTÄBE .............................................................................................. 5 4.1.1 Berechnung der Umlaufbahnradien.................................................................................. 5 4.1.2 Berechnung der Planetendurchmesser ............................................................................ 7 4.2 STEUERUNGEN UND MOTOREN ................................................................................................... 8 5 KONSTRUKTION ......................................................................................................................... 10 5.1 VEREINFACHUNGEN .................................................................................................................. 10 5.1.1 Umlaufbahnen ................................................................................................................ 10 5.1.2 Eigenrotation................................................................................................................... 11 5.1.3 Pluto................................................................................................................................ 12 5.1.4 Sonne und restliches Universum.................................................................................... 12 5.2 STEUERUNG ............................................................................................................................. 14 5.2.1 Berechnungen der Umlaufzeiten .................................................................................... 14 5.2.2 Programmierung mit NXT Software................................................................................ 15 5.2.3 Multiplexor ...................................................................................................................... 16 5.3 KONSTRUKTIONSIDEEN ............................................................................................................. 17 5.3.1 Eisenbahnprinzip ............................................................................................................ 17 5.3.2 Aufhängeprinzip.............................................................................................................. 18 5.3.3 Anschaulichkeit............................................................................................................... 19 5.4 MATERIAL ................................................................................................................................ 20 5.4.1 Planeten.......................................................................................................................... 20 5.4.2 Grundkonstruktion .......................................................................................................... 21 5.4.3 Kabel............................................................................................................................... 22 5.4.4 Kosten............................................................................................................................. 23 5.5 FINALE PLANUNG...................................................................................................................... 23 5.6 ZUSAMMENBAU......................................................................................................................... 25 5.6.1 Probleme ........................................................................................................................ 26 5.7 VERSCHIEDENE STADIEN .......................................................................................................... 27 6 PLANETENGUIDE........................................................................................................................ 28 6.1 GRUNDSÄTZE ........................................................................................................................... 28 6.2 LAYOUT.................................................................................................................................... 28 6.3 INHALT ..................................................................................................................................... 29 6.4 DRUCK ..................................................................................................................................... 29 7 DISKUSSION UND VERBESSERUNG ........................................................................................ 29 8 PERSÖNLICHE EINDRÜCKE ...................................................................................................... 31 9 QUELLENVERZEICHNIS ............................................................................................................. 32 10 SCHLUSSWORT ........................................................................................................................ 33 ANHANG .......................................................................................................................................... 34 -1- Projekt Kleinplanetarium 1 Vorwort Das Sonnensystem, welches die Heimat unserer Planeten bildet, hat uns beide schon immer fasziniert. Seine schier unendliche Weite, seine Geheimnisse und die Pracht der Himmelskörper sind die Anstosspunkte dazu. Jeder einzelne Planet ist in seiner Art und Beschaffenheit einmalig - und dennoch folgen sie alle den gleichen physikalischen Gesetzen, indem sie auf einer elliptischen Bahn um die Sonne kreisen und sich gleichzeitig um sich selber drehen. Sie alle zusammen bilden eine Konstellation, die uns als das Sonnensystem bekannt ist. Mit dieser Arbeit wollen wir unserem Sonnensystem einen Schritt näher kommen und somit einen alten Traum verwirklichen. Wir danken Herrn Carter der Educatec AG in Döttingen für die Unterstützung und Bereitsstellung der NXT-Motoren und Steuerungssysteme. Ohne deren Hilfe wäre es kaum möglich gewesen, unser Modell zum Leben zu erwecken. Ein weiterer Dank geht an die Airex in Sins und Herrn Tschan, der uns die ForexPlatten gesponsert hat. Einen Dank auch an Herrn Zimmermann von unserer Schule, der uns beim handwerklichen Teil zur Seite stand. -2- Projekt Kleinplanetarium 2 Abstract Im Rahmen unserer Projektarbeit für den Wettbewerb «bugnplay.ch» haben wir es uns zum Ziel gesetzt, ein Kleinplanetarium zu planen und anschliessend selbst zu bauen. Das Planetarium sollte auf möglichst kleinem Raum, mit einer hohen Anschaulichkeit, die Bewegung der Planeten unseres Sonnensystems im Zeitraffer simulieren. Dazu verwendeten wir die neue Technologie von Lego Mindstorms NXT. Mit Hilfe der offiziellen NXT Software und unseren Berechnungen programmierten wir acht Motoren der Planeten Merkur bis Neptun über insgesamt drei NXT Steuerungssysteme. Dadurch konnten wir die Planeten parallel ablaufen lassen, damit ihre Bewegungen mit einem 100’000-fachen Zeitraffer proportional zur Wirklichkeit übereinstimmten. Wir legten eine Maximalgrösse von 1,5 m für unser Kleinplanetarium aus, wodurch wir die Abstände zwischen den Umlaufbahnen berechneten, um daraus die Maximalgrösse der Planeten zu erhalten. Wir abstrahierten die Umlaufbahnen in Kreisbahnen und platzierten die Motoren untereinander auf Plattformen, um einen gemeinsamen Mittelpunkt der Planetenbahnen zu erhalten. Die Plattformen fixierten wir über Aufhängungen an einer Querstrebe über dem Modell, an denen wir auch die von uns, aus RJ12Kabeln hergestellten Verbindungskabel von den Motoren zu den Steuerungssystemen wegführen konnten. Damit sich alle Planeten in dieser Konstruktion auf einer Ebene befinden, mussten wir die Planetenachsen zwischen den Aufhängungsstreben nach oben führen. Somit war unser Modell dynamisch. Zur Beleuchtung: Wir wählten anstelle der Sonne eine 5 Watt-Halogenlampe, die wir im Mittelpunkt platzierten und mit einem Sternenhimmel aus Fiberglaskabeln im Hintergrund ergänzten. Zur Unterstützung des Betrachters des Planetariums verfassten wir ein Begleitheft, um darin die acht Planeten mit ihren wichtigsten und interessantesten Fakten kurz vorzustellen. -3- Projekt Kleinplanetarium 3 Aufgabenstellung 3.1 Kleinplanetarium Wir wollen einen massstabsgetreuen, dynamischen Nachbau unseres Sonnensystemes verwirklichen; ein Modell, in dem sich die Planeten in ihrer im Verhältnis zueinander korrekten Geschwindigkeit um die Sonne drehen. Ihre Umlaufbahnen sollen ebenfalls zueinander im richtigen Verhältnis stehen, genauso wie die Planetenradien. Aus Platzgründen entschieden wir uns schon im Voraus gegen ein korrektes Verhältnis zwischen Planetenradius und Umlaufbahn. Die Umlaufsgeschwindigkeiten der Planeten um die Sonne sollen ausserdem proportional zur Wirklichkeit stehen. Das heisst zum Beispiel, dass sich Jupiter einmal um die Sonne dreht, während die Erde zwölf Umdrehungen um die Sonne zurücklegt. Die Planeten sollen ausserdem so viele Male um die eigene Achse drehen, wie sie es auch in der Realität auf einem Sonnenumlauf tun. Das Kleinplanetarium als Ganzes soll zu einem besseren Verständnis unseres Sonnensystems beitragen und attraktiv gestaltet sein. 3.2 Planetenguide In einem kleinen und handlichen Büchlein wollen wir die wichtigsten Grundkenntnisse über unser Sonnensystem vermitteln. Das Büchlein soll die wichtigsten und interessantesten Daten sowie Fakten auflisten und mit Bildmaterial bereichert, auf einfache Weise einen wichtigen Beitrag zum Verständnis unseres Kleinplanetariums leisten. -4- Projekt Kleinplanetarium 4 Planung Die Planung bildete den ersten wichtigen Teil unserer Arbeit. Einerseits galt es die Massstäbe festzulegen. Wie gross sollte unser Kleinplanetarium werden? Welche Grössenverhältnisse sind geeignet und welche nicht? Andererseits mussten wir das Problem eines dynamischen Kleinplanetariums lösen. Wie könnte man erreichen, dass sich die Planeten in korrekten Geschwindigkeiten um die Sonne drehen? 4.1 Berechnungen und Massstäbe Es gab genau zwei offene Fragen: 1. Wie soll das Grössenverhältnis der Umlaufbahnen sein? 2. Wie soll das Grössenverhältnis der Planeten sein? Aus eigener Erfahrung wussten wir, dass wir unmöglich bei beiden denselben Massstab im Bezug auf die Realität nehmen konnten. Wenn man sich z.B. den Planetenweg in Aarau anschaut, so hätten wir ein riesiges Modell bauen können und immer noch keine Planeten darauf gesehen. Also brauchten wir zwei unterschiedliche Massstäbe. 4.1.1 Berechnung der Umlaufbahnradien Wir legten fest, dass das Kleinplanetarium selber 1,5x1,5 m gross werden soll und bestimmten so mit Hilfe der Umlaufbahndaten des äussersten Planeten1 Neptun den Massstab für die Umlaufbahnen. Durch unsere Berechnungen fanden wir heraus, dass 1,5 m eine ideale Grösse für den Durchmesser der NeptunUmlaufbahn ist. Daher vergrösserten wir Breite und Länge des Kleinplanetariums auf je 1,6 m, um auf allen Seiten noch 5 cm an Spielraum zu erhalten. Damit sollten Schwierigkeiten mit der Technik und dem Neptun selber, der später auf der Bahn befestigt werden soll, vermieden werden. 1 In Kapitel 5.1.3 Pluto gehen wir genauer auf Pluto ein. -5- Projekt Kleinplanetarium Falls der Neptun genau 75 cm Abstand zur Sonne hat, muss die Erde 2,496 cm Abstand zum Mittelpunkt haben. Rechnung: 75 cm ≙ 4495,06 Mio. km 1 Mio. km = 75 cm/4495,06 = 0,016684… cm 1AE = 149,6 Mio. km ≙ 0,016684… cm x 149,6 = 2,496073… cm Da wir jedoch von der Erde aus «denken», hielten wir es für schöner, wenn der Abstand Erde-Sonne bzw. Erde-Mittelpunkt einer einfachen und exakten Zahl entspricht und nicht derjenige des Neptuns. Somit rechneten wir noch einmal alle Daten von Neuem aus, indem wir den Abstand der Erde zum Mittelpunkt auf 2,5 cm festlegten. Daraus ergaben sich folgende Daten: Planet Mittlerer Abstand zur Sonne 2 Astronomische Einheit 3 Achsenradius im Modell Merkur 57,91 Mio. km 0,3871 AE 0,97 cm Venus 108,21 Mio. km 0,723 AE 1,81 cm Erde 149,6 Mio. km 1 AE 2,50 cm Mars 227,94 Mio. km 1,524 AE 3,81 cm Jupiter 779 Mio. km 5,204 AE 13,01 cm Saturn 1434 Mio. km 9,58 AE 23,96 cm Uranus 2872 Mio. km 19,2 AE 48,00 cm Neptun 4495 Mio. km 30 AE 75,12 cm Der Massstab zwischen den Umlaufbahnen in unserem Modell und der Realität beträgt also grob gerundet 1:6 Billionen, da 1 m im Modell genau 5’983’914’827'640 m (=149'597'870'691 m/0,025) in der Realität entspricht. 2 (Wikipedia, die freie Enzyklopädie (2007). Planetenname. http://de.wikipedia.org/wiki/Planetenname_(Planet) (24.1.2007). 3 „Die AE ist [...] definiert als 149.597.870.691m und entspricht in guter Näherung der großen Halbachse der Erdumlaufbahn (mittlerer Abstand der Erde vom Zentrum der Sonne). Entfernungen innerhalb des Sonnensystems werden meist in AE angegeben.“ (Wikipedia, die freie Enzyklopädie (2007). Astronomische Einheit. http://de.wikipedia.org/wiki/Astronomische_Einheit (24.1.2007). -6- Projekt Kleinplanetarium 4.1.2 Berechnung der Planetendurchmesser Die Planeten selbst sollten im Vergleich zu den Umlaufbahnen übergross sein, da wir unser Kleinplanetarium ja anschaulich gestalten wollten. Wir entschieden uns somit für den grösstmöglichen Massstab, der es noch erlaubte, dass sich die inneren Planeten aneinander vorbei bewegen können. Da der kleinste Abstand zwischen zwei mittleren Bahnradien dem Abstand ErdeVenus entspricht, mussten wir also jene Planetendurchmesser beziehungsweise deren Planetenradien zuerst ausrechnen. Der Abstand Erde-Venus beträgt mindestens 41,39 Mio. km. Diesen setzten wir der Summe von Erdradius und Venusradius gleich, was ergibt, dass 41,39 Mio. km in der Realität einem Mass von 24859,874 Planeten-km entsprechen. Da 41,39 Mio. km im Modell einer Grösse von (2,5 cm /149,6 x 41,39) 0,69167... cm entsprechen, entsprechen 24859,874 km in der Realität derselben Grösse. Die Grösse des Erdradius beträgt also maximal (0,69167cm/24859,874 x 12756,274) = 0,35491... cm. Wir entschieden uns auch hier, die Grösse des Erddurchmessers einer exakten Zahl gleichzusetzen und den Planeten Erde und Venus einen Spielraum von 1 mm zu geben, was uns auf den Erddurchmesser von 6 mm brachte. Die anderen Werte berechneten sich nach folgendem Schema: 6 mm/Erddurchmesser in der Realität x Planetendurchmesser in Realität Planet Äquatordurchmesser 4 Planetendurchmesser im Modell Merkur 4878 km 2,3 mm Venus 12103,6 km 5,7 mm Erde 12756,274 km 6,0 mm Mars 6794 km 3,2 mm Jupiter 142984 km 67,3 mm Saturn 120536 km 56,7 mm Uranus 51118 km 24,0 mm Neptun 49528 km 23,3 mm 4 (Wikipedia, die freie Enzyklopädie (2007). Planetenname. http://de.wikipedia.org/wiki/Planetenname_(Planet) (24.1.2007). -7- Projekt Kleinplanetarium Der Massstab zwischen den Planeten in unserem Modell und denen in der Realität beträgt also grob gerundet 1:2 Milliarden da 1 m im Modell genau 2’126’045'667 m (=12’756’274 m/0,006) in der Realität entspricht. 4.2 Steuerungen und Motoren Da wir unser Kleinplanetarium dynamisch machen wollten, brauchten wir aufgrund der verschiedenen Umdreh- und Umlaufgeschwindigkeiten, Motoren, die man programmieren konnte. Wir erkundigten uns im Physiklabor unserer Schule, wodurch wir erfuhren, dass man die Motoren „selbst“ nicht programmieren kann, sondern dass man dafür eine Steuerung braucht. Diese Erkenntnis ernüchterte unsere Idee von einem dynamischen Kleinplanetarium, da wir auf keinerlei Kenntnisse über Steuerungen zurückgreifen konnten. Wir dachten, man könnte doch einfach an einen normalen Motor einen Dimmer koppeln, wodurch man die Umdrehgeschwindigkeit des Motors drosseln kann. Dadurch wird jedoch nicht nur die Umdrehgeschwindigkeit des Motors verringert, sondern auch deren Leistung. Zudem würde man nie die Genauigkeit eines Motors erreichen, der an eine Steuerung gehängt ist. Wir erkundigten uns daher bei mehreren Elektronik-Fachleuten, im Literaturverzeichnis der Stadtbibliothek Aarau sowie im Internet, ob und wie man einen Motor durch eine Steuerung drosseln kann. Wir wurden fündig, jedoch war uns bald einmal klar, dass es uns in dieser kurzen Zeit nicht gelingen wird, ausreichende Erkenntnisse anzueignen, um selbst Steuerungen und somit Motoren zu programmieren. Nach einigen schlaflosen Nächten hatten wir die geniale Idee, anstelle von handelsüblichen Motoren und Steuerungen, auf die programmierbaren Lego Mindstorms Motoren zurückzugreifen. Dieser Schritt erwies sich später als weise Entscheidung. -8- Projekt Kleinplanetarium Übers Internet stiessen wir als erstes auf die Firma Educatec AG5, welche die eben erst neu erschienenen Lego NXT-Motoren im Angebot hatte. Diese Motoren schienen ideal für unser Projekt, da sie sich über ein Steuerungssystem programmieren lassen. Durch den Internetauftritt der Educatec AG bemerkten wir, dass sie sich für die technische Bildung an Allgemeinschulen einsetzen, was unsere Chancen auf eine Unterstützung ihrerseits wesentlich erhöhte. Wir kontaktierten noch am selben Tag die Firma und stellten unser Projekt vor. Der Geschäftsführer der Firma, Herr Carter, zeigte sich begeistert von unserem Vorhaben. Wir vereinbarten ein erstes Treffen, in dem wir unser Projekt Herrn Carter noch einmal genauer vorstellten. Er stimmte einer Unterstützung unseres Projektes durch zur Verfügungsstellung von NXT Motoren und Steuerungen zu. Wir konnten es kaum fassen, dass sich die erste von uns angefragte Firma schon als Sponsor bereit erklärte. Etwa einen Monat später suchten wir den Firmensitz in Döttingen auf, wo uns ein erster Motor und ein Steuerungssystem ausgehändigt wurde. Damit konnten wir uns mit dem NXT System vertraut machen. Die restlichen Motoren folgten nach abgeschlossener Planung auf Anfrage mit der Post, da uns noch nicht klar war, wieviele Motoren und Steuerungen wir tatsächlich brauchen würden. 5 http://www.educatec.ch/ -9- Projekt Kleinplanetarium 5 Konstruktion Der Weg zu unserem finalen Produkt und damit zur Lösung, wie wir die Motoren und Planeten zusammenbauen konnten, führte von verschiedenen Konzeptideen zu den ersten Plänen und Skizzen und schlussendlich zur Arbeit des Zusammenbauens selbst. 5.1 Vereinfachungen Hätten wir wirklich alles so machen wollen, wie es ursprünglich gedacht war, so wäre es kaum gelungen, unser Kleinplanetarium innerhalb eines halben Jahres rechtzeitig fertig zu stellen. 5.1.1 Umlaufbahnen Das erste Problem stellten die elliptischen Umlaufbahnen dar. Man hätte die Planeten auf Schienen fahren lassen müssen, denn eine Ellipse lässt sich nicht ohne Formveränderung um einen Punkt drehen, da eine Ellipse zwei Brennpunkte besitzt. Das wäre aber mit unseren Motoren nicht möglich gewesen. Also entschieden wir uns, die Umlaufbahnen in Kreisbahnen zu abstrahieren, damit dieses Problem wegfiel. Glücklicherweise ist die Abweichung von der Realität bei den meisten Planeten dabei nicht allzu gross, so dass wir uns diese Vereinfachung problemlos leisten konnten. Die Neigungsachsen der Umlaufbahnen waren ein weiteres Problem, das man ohne Zeitdruck sicher hätte lösen können, für uns war es aber nicht möglich. Jedoch muss man hier klar festhalten, dass diese Abstrahierung für den Betrachter im Endprodukt kaum merklich sein wird. - 10 - Projekt Kleinplanetarium Der maximale Höhenunterschied in y-Achsenrichtung im Vergleich zur Ekliptik6 und somit im Vergleich zur Waagrechten durch den Mittelpunkt beträgt nur 2,3 cm. Dieser verteilt sich zudem auf 75 cm Bahnachse, was schlussendlich nur noch einer Steigung von drei Prozent entspricht. Der maximale Höhenunterschied entspricht dem Sinus der Neigung der Bahnebene multipliziert mit dem dazugehörigen Planetenachsenradius. Somit ergeben sich folgende Werte: Planetenachsenradien Planet Neigung der Bahnebene im Modell 7 max. Höhenunterschied in yAchsenrichtung im Vergleich zur Erde Merkur 0,9677 cm 7,004° 0,12 cm Venus 1,81 cm 3,395° 0,1 cm Erde 2,5 cm 0° 0 cm Mars 3,8087 cm 1,85° 0,12 cm Jupiter 13,0099 cm 1,305° 0,30 cm Saturn 23,96 cm 2,484° 1,03 cm Uranus 48,0025 cm 0,772° 0,67 cm Neptun 75,1175 cm 1,769° 2,32 cm 5.1.2 Eigenrotation Als Nächstes fiel uns auf, dass die Planeten extrem schnell um ihre eigene Achse drehen würden, wollten wir über eine noch anschauliche Umlaufgeschwindigkeit verfügen und das korrekte Verhältnis beibehalten. Eine so schnelle Umdrehung der Planeten wäre erstens schlichtweg nicht mehr sichtbar gewesen; man hätte nur noch einen farbigen, flimmender Fleck gesehen, was wiederum der Anschaulichkeit geschadet hätte. Zweitens hätte man für eine solche Geschwindigkeit eine Zahnradübersetzung anbringen müssen, da die Motoren an ihre Leistungsgrenze gekommen wären. 6 „Die Ekliptik [...] definiert eine Ebene, in der sowohl der Mittelpunkt der Erde als auch der Mittelpunkt der Sonne liegen. Diese Ebene ist damit die Bahnebene der Erde um die Sonne und wird auch Ekliptikebene oder Ekliptikalebene genannt.“ (Wikipedia, die freie Enzyklopädie (2007). Ekliptik. http://de.wikipedia.org/wiki/Ekliptik (27.1.2007). (Wikipedia, die freie Enzyklopädie (2007). Planetenname. http://de.wikipedia.org/wiki/Planetenname_(Planet) (24.1.2007). 7 - 11 - Projekt Kleinplanetarium Somit entschieden wir uns, auf die Eigenumdrehung zu verzichten und uns stattdessen voll auf die Rotation um die Sonne zu konzentrieren. 5.1.3 Pluto Nach der Neufassung des Begriffs Planet am 24. August 2006 durch die Internationale Astronomische Union (IAU), gehört der einst neunte und entfernteste Planet des Sonnensystems Pluto fortan nicht mehr als Planet zu unserem Sonnensystem, sondern als Zwergplanet. 8 Somit entschieden wir uns, diesen in unserem Kleinplanetarium wegzulassen, da wir uns darin auf die Planeten unseres Sonnensystems konzentrieren, und nicht auf die anderen Himmelkörper. Es ist im Grunde falsch, hier von einer Vereinfachung zu sprechen, da wir unser Modell schliesslich nur dem neusten Stand der Wissenschaft anpassen wollten. Aber dank dieser neuen Definition sparten wir uns ein weiteres Stück Arbeit; unser Modell wäre mit dem Beibehalten der anderen Abmessungen durch den Planeten Pluto genau um einen halben Meter breiter geworden, da er vom Mittelpunkt umgerechnet einen Abstand von 98.1 cm hat. Seine schiefe Bahnebene von 17.142° und seine stark ausgeprägte Ellipse hätten die Entscheidungen, die Bahnschiefen nicht beizubehalten und die Ellipsen zu Kreisen zu vereinfachen, um einiges erschwert. 5.1.4 Sonne und restliches Universum In unserem Modell haben wir auf die Sonne verzichtet, da sie keinen Planet darstellt, sondern einen Stern. Wenn wir die Sonne in unserem Planetarium einbauen würden, hätte sie etwa den 109-fachen Durchmesser der Erde, in unserem Modell also ziemlich genau 65.5 cm. Lediglich Uranus und Neptun wären ausserhalb ihrer Ausdehnung, die anderen Planeten darin eingeschlossen, was der Anschaulichkeit schaden würde. Falls man die Planeten ausserhalb der Sonne anbringen möchte, würde dies das Modell um mehr als einen halben Meter verbreitern und verlängern. Da die Sonne mit ihrem Licht und Wärme für das Leben auf der Erde aber von fundamentaler Bedeutung ist, haben wir uns entschieden, auf ihre Grösse zu 8 Wikipedia, die freie Enzyklopädie (2007). Pluto (Zwergplanet). http://de.wikipedia.org/wiki/Pluto_%28Zwergplanet%29 (28.1.2007). - 12 - Projekt Kleinplanetarium verzichten, dafür aber ihr Licht und somit auch sie selbst mit einer Halogenlampe in der Mitte des Modells zu imitieren. Dadurch lassen sich die anderen Planetenabstände vom Mittelpunkt problemlos beibehalten. Wir hielten eine 5 Watt Halogenlampe als ideales Sonnenlicht, welches wir an einen Trafo angeschlossen mit 12 Volt speisten. Auf den Rest unseres Universums, somit also auf die Sterne die wir am Himmel sehen, wollten wir nicht einfach so verzichten. Wir erkundigten uns nach möglichen Beleuchtungen, wodurch wir dann einen Sternenhimmel auf Ebay kauften. Dieser Sternenhimmel besteht aus einer Das von uns ersteigerte Sternenhimmel-Set Lichtquelle mit integrierten 16 Programmen, welche die daran angeschlossenen 2 m Lichtleitfasern zu 176 Stück nach verschiedenen Mustern animieren kann. Eine Lichtleitfaser hat etwa den Durchmesser von 0,6 mm, was bei 176 Stück einen anschaulichen und schönen Sternenhimmel ergibt. Die Lichtleitfaser ordneten wir nicht irgendwie verstreut an, sondern bildeten mit Hilfe zweier Sternenkarten9 vom Januar 2007, auf einer Seitenwand des Modells die Sternbilder der südlichen Halbkugel und auf einer anderen Seitenwand die Sternbilder der nördlichen Halbkugel. 9 http://www.skymaps.com/ - 13 - Projekt Kleinplanetarium Die zwei fertigen Sternbilder des nördlichen und südlichen Sternenhimmels für die späteren Seitenwände 5.2 Steuerung Einer der wichtigsten, aber auch schwierigsten Teile unserer Arbeit war das Programmieren und Ansprechen der Motoren. Ohne diesen Schritt hätten wir kein dynamisches Modell gehabt, in welchem zudem die Verhältnisse der Umlaufzeiten um die Sonne mit der Realität übereinstimmten. Wie wir im Kapitel Planung bereits erwähnt haben, verwendeten wir in unserem Kleinplanetarium Lego NXT Motoren und Steuerungen, um die Bewegungen der Planeten ausführen zu können. 5.2.1 Berechnungen der Umlaufzeiten Um die Motoren anschliessend korrekt programmieren zu können, benötigten wir als erstes korrekte Daten, nach denen wir die NXT Steuerungen programmieren konnten. Nach verschiedenen Versuchen war klar, dass wir die siderische Periode10 auf 30 Sekunden festlegen werden. Daraus ergaben sich folgende Daten für die anderen Planeten: 10 „Das siderische Jahr (Sternjahr) ist die wahre Dauer eines Umlaufs der Erde um die Sonne. Nach einem siderischen Jahr steht die Sonne in Bezug auf die Sterne wieder an der gleichen Stelle des Himmels.“ (Wikipedia, die freie Enzyklopädie (2007). Siderisch. http://de.wikipedia.org/wiki/Siderisch (24.1.2007). - 14 - Projekt Kleinplanetarium Planet Siderische Periode 11 Siderische Periode im Modell Merkur 0,24 a 7,2 s Venus 0,62 a 18,6 s Erde 1a 30 s Mars 1,88 a 56,4 s Jupiter 11,86 a 5 min 56 s Saturn 29,46 a 14 min 44 s Uranus 84 a 42 min Neptun 164,8 a 1h 22 min 5.2.2 Programmierung mit NXT Software Mit Hilfe der offiziellen Lego Mindstorms Education NXT Software programmierten wir die acht Motoren für die Planeten. Herr Carter hatte uns mitgeteilt, dass sich die Planeten mit Hilfe dieser Software einfach drosseln lassen würden. Dies war jedoch nicht der Fall, da man bei der Programmierung für den Motor mit dem Befehl „Move“ lediglich einstellen kann, in welche Richtung er sich drehen soll. Die Leistung des Motors liess sich ungefähr drosseln, jedoch viel zu ungenau für unsere Zwecke. Zudem konnte man dies nicht durch Einstellen einer bestimmten Umdrehungsrate kontrollieren, sondern lediglich über eine Art Alessandro Beck beim Programmieren des Planeten Merkur „Schubregler“. Nach längerem Probieren und Überlegen kamen wir auf die Idee, eine volle Umdrehung in verschiedene Teilstücke zu unterteilen, also ähnlich wie der Sekundenzeiger einer Uhr. Wir legten fest, dass sich jeder Motor ein Grad drehen, dann eine kurze Wartepause einlegen und die gleiche Bewegung von vorne 11 (Wikipedia, die freie Enzyklopädie (2007). Planetenname. http://de.wikipedia.org/wiki/Planetenname_(Planet) (24.1.2007). - 15 - Projekt Kleinplanetarium ausführen soll. Dies gelang uns durch den Einbau einer sogenannten „Endlosschlaufe“, bei der sich die programmierten Elemente endlos wiederholen. Die Wartepause bei Merkur war zum Beispiel nur etwa 0,01 s, beim Neptun jedoch 13,63 s. Die daraus benötigte Zeit für einen 1°-Sprung beträgt bei Merkur 0,02 s. Durch diese kurze Zeiteinheit erscheint die gesamte Bewegung fliessend. Bei den äusseren Planeten zeigen sich ruckartige Bewegungen. Diese empfanden wir jedoch überhaupt nicht als Störungen, sondern eher als Hilfe für den Betrachter. So lassen sich nämlich sehr langsame Bewegungen, wie eben für Neptun, besser erkennen, als wenn die Bewegung fliessend wäre. Screenshot einer Endlosschleife in der NXT Software am Beispiel der Erde 5.2.3 Multiplexor Unser Problem war, dass wir acht Motoren zu betreiben hatten, sich aber an einem Steuerungssystem nur drei anschliessen lassen. Ein sogenannter - 16 - Projekt Kleinplanetarium Multiplexor, eine Weiche, die man am Steuerungssystem anschliessen kann, um damit mehrere Motoren an einem Steuerungssystem laufen zu lassen, war zur Zeit unseres Projektes noch in Entwicklung bei http://www.hitechnic.com/ und für uns also nicht verfügbar. Wir waren somit gezwungen, zwei weitere Steuerungssysteme anzufordern, und jeweils drei Motoren bzw. zwei an eine Steuerung anzuhängen. 5.3 Konstruktionsideen Die erste Frage, die sich stellte, war die, wie wir die Motoren denn übereinander stapeln würden. Schliesslich hat jede Umlaufbahn ihr Drehzentrum in der Sonne und damit am selben Ort: Im Zentrum des Sonnensystems. Die Planeten sollten zudem, wie in bisherigen Schritten geschildert, alle auf einer Ebene rotieren. Ein weiteres Problem stellte die Stromzufuhr dar. Wie konnten wir die Kabel der Motoren wegführen, ohne damit die anderen Planeten zu blockieren? Wir brauchten also ein Konzept, das es uns ermöglichte, alle Motoren übereinander zu stapeln und gleichzeitig ungehindert mit Strom versorgen zu können. Des Weiteren durften wir natürlich nicht vergessen, dass wir ein anschauliches Modell erstellen wollten. 5.3.1 Eisenbahnprinzip In einer unserer ersten Ideen schien das Problem der Stromzufuhr gelöst. Der Strom sollte von einem Stromkabel über eine Nadel zum Motor geführt werden, ähnlich wie es bei einer Eisenbahnoberleitung der Fall ist. Die Motoren sollten dabei in Gehäusen übereinander gestapelt werden. Allerdings vergassen wir hier einen wichtigen Punkt: Wie konnten wir die Motoren in Gehäusen übereinander anordnen, wenn wir noch eine kleine Lücke für die sich drehende Strebe anbringen mussten? Zudem fiel uns dann schon bald einmal auf, dass die Nadeln den unteren Planeten in den Weg kommen würden, wollten wir doch den äussersten Planeten aus Gründen der Anschaulichkeit zu unterst haben. Man hätte die Streben, um die Planeten auf die gleiche Höhe zu bringen, also sehr lang machen und die Nadeln - 17 - Projekt Kleinplanetarium somit ausserhalb des äussersten Planeten herumführen müssen, was der Optik extrem geschadet hätte. Wir mussten nun also nach einer neuen Lösung suchen. Am Besten schien es, wenn die Motoren „schweben“ würden, schliesslich mussten wir ja eine kleine Lücke für die Streben lassen. Und punkto Stromzufuhr gab es ja vielleicht doch noch eine Möglichkeit, die Kabel ungehindert wegzuführen... Skizze einer Seitenansicht im Eisenbahnprinzip 5.3.2 Aufhängeprinzip Schlussendlich kamen wir zu einer Lösung, in der wir die Motoren ungehindert übereinander anordnen und die Stromkabel problemlos wegführen konnten. Diese Lösung setzten wir dann auch um, da mit unseren Ressourcen und einem Verzicht auf eine uhrenähnliche Zahnradübersetzung absolut keine andere Möglichkeit existierte. Die Motoren sollten nun auf je einer Plattform liegen, die an einer Decke oder Strebe aufgehängt ist. Die Kabel sollten entlang der Aufhängestreben fortgeführt werden. - 18 - Projekt Kleinplanetarium Dank den Position der Planeten von kleinen zu grossen Planetenachsen, würden die Aufhängestreben einander nicht in den Weg kommen und wir hätten zudem die Möglichkeit, alle Planeten auf die gleiche Höhe zu bringen. Skizze einer Seitenansicht im Aufhängeprinzip 5.3.3 Anschaulichkeit Um eine möglichst hohe optische Wirkung erzielen zu können, überlegten wir uns, die gesamte Konstruktion schwarz anzumalen und mit einem ebenso schwarzen Hintergrund zu arbeiten. Auf letzterem sollten Sterne zu sehen sein, um das Gefühl, sich im Sonnensystem zu befinden, zu verstärken. Dadurch würden die farbigen Planeten in den Vordergrund treten und besser erkennbar sein. Zudem ist mit der Farbe schwarz auch die Farbe des Universums gegeben. Wie schon erwähnt, wollten wir zudem die Planeten alle auf dieselbe Höhe bringen, um die Grössenverhältnisse zu verdeutlichen und die Idee, dass sich das Sonnensystem auf der Ekliptik befindet, zu unterstützen. - 19 - Projekt Kleinplanetarium 5.4 Material Mit unserem Zusammenbau-Konzept stellte sich die Frage, aus welchem Material wir denn die einzelnen Teile anfertigen würden. Einerseits galt das für die Aufhänge-Konstruktion, andererseits aber auch für die Planeten. 5.4.1 Planeten Wir entschieden uns aus Gründen der Machbarkeit des Geldes und Zeitdruckes, in einem Bastelgeschäft nach den passenden Kugeln zu suchen. Wir wollten ein stabiles, aber auch nicht zu schweres Material haben. Nach langem Suchen von richtigen Durchmessern, entschieden wir uns bei Jupiter und Saturn, den beiden grössten Planeten, für Sagex-Kugeln, während wir für die mittelgrossen Planeten Uranus und Neptun Holzkugeln nahmen. Für die kleineren Planeten kauften wir Perlen, respektive Steckkopfnadeln. Da wir alle Planeten anmalen wollten, konnten wir es uns durchaus erlauben, verschiedene Materialien zu gebrauchen, da man diese später nicht mehr sehen würde. Beim Malen grundierten wir die Kugeln zuerst mit weisser Acryl-Farbe, um nachher auch die tatsächlichen Farben zu erhalten. Anschliessend bemalten wir sie mit Hilfe von Fotos aus unserem Planetenguide und Internet. Für die komplexe Oberflächenzeichnung des Jupiter entschieden wir uns allerdings für eine andere Lösung, da wir mit Gouache einfach nicht die Genauigkeit hinbekommen hätten. Wir griffen auf einen Bastelbogen aus dem Internet zurück. Die Sternwarte Recklinghausen12 stellt online freundlicherweise Bastelbögen unserer Planeten zur Verfügung. Mit dessen Hilfe beklebten wir die Kugel und erschufen damit einen detailreichen und ansehlichen Jupiter. Der Saturnring wurde übrigens ebenfalls mit Hilfe eines Bastelbogens von derselben Homepage erstellt. 12 http://www.sternwarte-recklinghausen.de/ - 20 - Projekt Kleinplanetarium 5.4.2 Grundkonstruktion Für die Grundkonstruktion brauchten wir eine Bodenplatte, mehrere Platten zum Tragen der Motoren, Seitenplatten und eine Deckplatte, Aufhängestreben zum Tragen der Platten und natürlich Streben für die Verbindung zwischen Planeten und Motoren. Bei den Platten entschieden wir uns für FOREX®-CLASSIC13-Platten, die wir gratis bei unserem Sponsor, der Airex in Sins beziehen konnten. Die Grundplatte mussten wir aus Gründen der Mobilität in zwei verschiedene Teile anliefern lassen und später zusammensetzen. Die Tragplatten der Motoren für alle Planeten ausser Uranus stellten aufgrund ihres geringen Gewichts kein Problem für die Aufhängung dar und waren zudem stabil. Beim Planet Uranus mussten wir die Tragplatte später noch mit Verstrebungen unterstützen. Die Verbindungen zwischen Decke und Platten, die sogenannten Aufhängestreben, mussten aus einem tragfähigen und stabilen Material bestehen und gleichzeitig dünn genug sein, um eine gute optische Wirkung zu erzielen. Im Baumarkt fanden wir, was wir suchten: Gewindestangen aus Hartstahl. Mit den passenden Mütterchen, die wir ebenfalls kauften, sollte auch deren Anbringen an den Platten und an der Decke kein Problem darstellen. Die Decke musste äusserst stabil sein, immerhin trägt sie das gesamte Gewicht der Konstruktion. Allein deswegen entschieden wir uns auch gleich eine StützEinrichtung einzuplanen, um der Decke mehr Stabilität zu verleihen. Da sich das alles ausserhalb unseres Kleinplanetariums befindet und damit der Optik nicht schaden kann, entschieden wir uns für Holz. Holz lässt sich leicht bearbeiten, ist günstig und gleichzeitig robust, also genau, was wir in dieser Situation brauchen. 13 „FOREX®-CLASSIC ist eine leicht geschäumte, geschlossenzellige PVC-Hartschaumstoffplatte mit einer besonders feinzelligen, homogenen Struktur und einer seidenmatten Oberfläche. FOREX®-CLASSIC ist die leichteste Platte ihrer Art, weist aber trotzdem eine hohe Eigensteifigkeit auf und bleibt auch nach umfangreicher Bearbeitung stabil.“ (Cadillac Plastic GmbH (2007). FOREX® CLASSIC und TOP. http://www.cadillac-plastic.de/pages/Marken-C16.htm (3.2.2007). - 21 - Projekt Kleinplanetarium Das Schwierigste war, das richtige Material für die Verbindungsstrebe zwischen Motoren und Planeten zu finden. Dieses musste einerseits stabil sein, da es auch bei grösserer Länge nicht absinken durfte, andererseits musste es leicht sein, damit der Motor seine Kraft entfalten konnte. Wir entschieden uns somit für kleine, hohle Messingrohre. Diese liessen sich gleichzeitig auch gut biegen, was es uns auf einfache Art ermöglichte, alle Planeten auf dieselbe Höhe zu bringen. 5.4.3 Kabel Für unsere Konstruktion benötigten wir ziemlich lange Kabel, da wir diese ja zuerst vom Kern des Kleinplanetariums fortführen mussten, bevor wir sie am Steuerungssystem anschliessen konnten, die etwa drei Meter lang sein sollten. Allerdings verfügt Lego NXT über Spezialkabel, die nur bis auf eine Länge von 90cm produziert werden. Glücklicherweise sind sie abgesehen von ihrer Lasche auf dem Einsteckkopf identisch mit den uns bekannten RJ12-Telefonkabeln. Unter http://www.philohome.com/nxtplug/nxtplug.htm fanden wir eine Anleitung dazu, wie man handelsübliche Telefonkabel in NXT-Kabel umbauen kann. Da Telefonkabel in der erforderlichen Länge vertrieben werden, bestellten wir die benötigte Menge bei Jim-Versand.de und bauten sie in der Werkstatt unserer Schule, exakt wie in der Anleitung beschrieben, in NXT-Kabel um. Links: Der Unterschied zwischen NXT-Kabeln und RJ12-Telefonkabeln, Mitte: Abtrennung der Lasche, Rechts: Anpassung der Laschenbreite - 22 - Projekt Kleinplanetarium 5.4.4 Kosten Wir brauchten lediglich für die Kabel, das Holz und die Metallstreben aufzukommen, den Rest erhielten wir dank unseren Sponsoren gratis (die Kosten für das Sternenhimmelset wurden von begeisterten Verwandten übernommen). Das ergab für uns Gesamtkosten von rund 100.-, was genau dem im Vorprojekt reservierten Betrag entspricht. 5.5 Finale Planung Nun galt es den finalen Zusammenbau aller Teile zu planen; unter anderem mussten wir z.B. noch wissen, wie lange genau denn die einzelnen Teile sein müssten und wo und an welcher Stelle wir bohren und schrauben wollen. Mit Hilfe des Programms MLCad zeichneten wir ein 3D-Modell unseres Kleinplanetariums. Der Vorteil war der, dass wir in diesem Programm auch unsere NXT-Motoren als Objekte einfügen konnten. Bisher hatten unsere Überlegungen und Berechnungen eher grob auf Papier statt gefunden - jetzt wollten wir es genau wissen. Da fiel uns auf, dass die NXT-Motoren grösser als die Umlaufbahnen der inneren Planeten sind. Fazit: Wir mussten die Verbindungsstreben zwischen Motor und Planet um den obersten Motor herumführen. Eine kleine Unschönheit, die sich leider nicht vermeiden liess. - 23 - Projekt Kleinplanetarium Schrägansicht der Aufhängung mit Motoren im MLCad-Computermodell Seitenansicht der Aufhängung mit Motoren im MLCad-Computermodell - 24 - Projekt Kleinplanetarium 5.6 Zusammenbau Wir begannen mit der Grundkonstruktion und fügten zuerst die Bodenplatte zusammen. An dieser brachten wir die Aufhängebalken an und bohrten darin Löcher für die spätere Aufhängung. Als Nächstes fixierten wir, mit Hilfe von Schrauben, die Motoren genau in der Mitte der Forexplatten und bohren in Letzteren die Löcher für die Aufhängung. Anschliessend bogen wir die Umlaufbahn des Merkur und brachten diese mit dem Planeten am entsprechenden Motor an. Der Merkur war darauf der erste Planet, der in unserem Modell fertig Zusammenfügen der Bodenplatten aufgehängt war und diente fortan als Messlatte für die Planetenhöhen. Von nun an arbeiteten wir von unten nach oben. Das heisst, wir brachten zuerst die Aufhängung des Neptun, dann diejenige des Uranus, etc. an. Erst als alle Platten mit ihren Motoren aufgehängt waren, kümmerten wir uns um die Umlaufbahn-Streben mit Anbringen der Aufhängebalken ihren Planeten. Leichte Abweichungen von unseren Berechnungen konnten wir somit direkt am Modell korrigieren und sahen zudem fortzu, ob das Ganze passte oder nicht. Nachdem die ganze Aufhängung inklusive Planeten stand, brachten wir die Kabel an, die es brauchte, um die Motoren mit den Steuerungssystemen zu verbinden. Dadurch wurde unser bisher statisches Modell in ein dynamisches umgewandelt. Fertiger Merkur mit Motor - 25 - Projekt Kleinplanetarium Zum Abschluss folgten das Übersprayen der Nicht-schwarzen Stellen mit schwarzer Farbe, sowie das Anbringen der Seitenplatten und der Deckplatte. 5.6.1 Probleme Eines der ersten Probleme war, dass die Motoren nach dem Anschrauben auf den Platten schief lagen. Das lag an der grösseren Kraft der längeren Schraube (länger deshalb, weil die Löcher am Motor dort höher lagen als am anderen Ende). Um diese Schieflage zu vermeiden, stabilisierten wir den Motor mit Hilfe exakt zugschnittenen Stabilisierung eines Motors mit Holz Holzplatten, die wir unter den Motoren angebracht anschraubten. Die grösste Platte, diejenige des Uranus, war dermassen gross und schwer, dass sie ohne weitere Vorkehrungen durchgehangen hätte. Somit mussten wir sie auf der Unterseite mit dicken, armierten Streben verstärken. Die Umlaufbahnen der äusseren Planeten waren so lang, dass die Metallstreben, welche die Planeten trugen, gegen aussen abgesunken wären. Also mussten wir diese am Ende abstützen. Da sie gleichzeitig auch noch beweglich sein mussten, blieb uns keine andere Möglichkeit, als darunter Räder anzubringen. Glücklicherweise hatten wir noch einige LegoExemplare übrig, wodurch dieses Problem Alle Umlaufbahnen vor Besprayung relativ schnell behoben war. Mit entsprechend zugeschnittenen Holzstücken verbanden wir die Räder und Umlaufachsen und brachten gleichzeitig die Metallstreben auf die richtige Höhe. - 26 - Projekt Kleinplanetarium 5.7 Verschiedene Stadien Wir möchten mit den Bildern auf dieser Seite einen kleinen Einblick in unsere Arbeit ermöglichen und dadurch zeigen, wie unser Modell gewachsen ist. Auf der nächsten Seite sind weitere Bilder ohne Kommentar. Links: Zusammentragen des Materials, Rechts: Ausmessung der Metallstreben Links: Provisorische Aufhängung des Merkur, Rechts: Installation der Saturnplatte Links: Noch fehlen Venus, Erde und Mars, Rechts: Besprayung des Modells - 27 - Projekt Kleinplanetarium 6 Planetenguide Genau wie unser Modell mussten wir auch den Planetenguide zuerst planen, bevor wir ihn erstellen konnten. Es stellten sich zum Beispiel Fragen bezüglich des Inhalts oder des Layouts. Tatsache war, dass wir die im Kapitel 3.2 gesetzten Ziele erreichen wollten. Hinweis: Der Planetenguide selbst befindet sich im Anhang dieser Produktdokumentation. 6.1 Grundsätze Das Format legten wir auf A5 fest, da wir einerseits ein handliches Buch, andererseits aber auch genügend Platz für den Inhalt haben wollten. Zudem hätten wir bei einem A6-Buch die Schrift entweder sehr klein machen müssen, oder sehr viele Seiten anbringen müssen. Beides wollten wir vermeiden, schliesslich sollte unser Guide leserfreundlich werden. Wir entschieden uns zudem pro Planet vier Seiten zu reservieren. Das gab uns die Möglichkeit, neben einer ausreichend grossen Schrift auch Grafiken einzubauen. Zur Sonne und dem Sonnensystem wollten wir nicht allzu viel schreiben, da es sich ja um einen Planetenguide und nicht um ein Sonnensystem-Buch handelt. So beliessen wir es hierbei auf einer Doppelseite und einer netten Einleitung. 6.2 Layout Das Layout sollte so gestaltet sein, dass sich der Leser angesprochen fühlt und zum Lesen motiviert wird. Des Weiteren wollten wir mit guten Bildern einen gewissen Eindruck hinterlassen einbauen. Somit kamen wir zur Idee, jedem Planeten ein schwarzes Titelblatt zu verpassen. Damit wollten wir erreichen, dass ein spannender Kontrast entsteht und sich der Planet in seiner gewohnten schwarzen Umgebung, dem All, aufhält. Zudem wurde dadurch die Gliederung in einzelne Planeten verstärkt. - 28 - Projekt Kleinplanetarium 6.3 Inhalt Schon am Anfang war klar, dass wir Fotos aus unserem Modell einbauen wollten, damit der Guide auch seine Zugehörigkeit zum Kleinplanetarium rechtfertigte. Neben dem wollten wir zu jedem Planet noch ein weites spannendes Bild liefern, um dem Leser einen verbesserten Eindruck dieser Welt zu hinterlassen. Dann mussten sicher einmal diejenigen Zahlen hinein, die wir für die Berechnungen unseres Kleinplanetariums brauchten. Schliesslich sollte der Guide das Modell begleiten und damit die Grössenverhältnisse veranschaulichen. Was die übrigen Fakten und damit den echten schriftlichen Inhalt betrifft, so überlegten wir uns, was denn den Leser am Meisten interessieren könnte. Wir kamen somit über diese Leitfrage zu einer Einteilung in Atmosphäre, Oberfläche und Besonderes, wobei in Besonderes vor allem Forschungsmissionen geschildert werden sollten. Gesucht wird eine genauere Vorstellung von einer fremden Welt, die sich mit der Erde vergleichen lässt. Das ist es, was den meisten Leuten bezüglich den Planeten gefällt. Mit unserer Einteilung dachten wir diesen Punkt zu unterstützen. 6.4 Druck Ein Ringbuch schien uns die einfachste Lösung zu sein, dazu hatten wir auch schon im Vornherein genügend Seitenrand einkalkuliert. Somit druckten wir den Planetenguide an einem Laserdrucker aus (die Druckqualität ist hierbei am Besten) und setzten die Seiten in Form eines Ringbuches zusammen. - 29 - Projekt Kleinplanetarium 7 Diskussion und Verbesserung Aufgrund der vielen Probleme, die beim Zusammenbau des Kleinplanetariums entstanden sind und dem damit verbundenen Zeitdruck, hätten wir sicher im Bereich der Planung und des Zeitmanagements besser vorgehen müssen. Wir hätten den Gesamtablauf genauer gliedern und jeden einzelnen Schritt aufschreiben sollen. Zudem wäre eine regelmässigere schriftliche Anpassung des Zeitplans von Vorteil gewesen, sowie die Einplanung von mehr Zeit für Verbesserungen im letzten Moment. Genauere Pläne und Skizzen des Modells hätten uns in mancher Situation sicher einige Umständlichkeiten erspart. Überlegungsfehler hätten so eher vermieden und Probleme schon im Voraus erkannt und vermindert werden können. Zum grossen Problem zählten vorallem die inneren Planeten. Ein Hauptgrund dafür stellte die Grösse der Motoren im Vergleich zu den Planeten mit ihren Umlaufbahnen dar. Wir mussten die Aufhängung und die Umlaufbahnen um alles herumführen und hatten schlussendlich sehr wenig Spielraum. Eine Möglichkeit wäre es gewesen, auf die äusseren Planeten zu verzichten und stattdessen das innere Sonnensystem um die Erde im verkleinerten Massstab darzustellen. Den Rest des Sonnensystems mit seinen Planeten hätten wir im Hintergrund anhand von Bildern andeuten können. Der Vorteil hätte sicher in deutlich weniger Arbeit gelegen. Zudem hätten wir auch Monde für die Planeten und eine Sonne einbauen, sowie die Planeten mit einer höherer Umlaufgeschwindigkeit attraktiver gestalten können. Eine andere Möglichkeit wäre es gewesen, den Masstab der Umlaufbahnen zu verkleinern und damit mehr Spielraum im inneren Sonnensystem zu schaffen. Allerdings wäre dadurch unser Modell nochmals eine Stufe grösser geworden und es hätte die ganze Sache schlussendlich nicht vereinfacht. Hätten wir zur Spielraumgewinnung die Planetenradien verkleinert, so könnte man jetzt die Planeten kaum voneinander unterscheiden, so klein wären sie. Das wäre überhaupt nicht im Sinne eines attraktiven Modells gewesen. - 30 - Projekt Kleinplanetarium 8 Persönliche Eindrücke „Nach so vielen Strapazen in der Vorbereitungszeit, nach mehreren unruhigen Momenten und nach unzähligen Stunden Arbeit in der kühlen Werkstatt (inklusive schlaflosen Nächten), bin ich froh, endlich vor einer fertigen Arbeit zu stehen. Monatelang habe ich auf diesen Moment gewartet und davon geträumt – nun ist es soweit. Die Planeten liegen vor mir und bewegen sich hinter dem wunderbaren Sternenhimmel auf ihren Umlaufbahnen. Ich bin stolz darauf, eine kleine, faszinierende Welt erschaffen zu haben und sämtliche Tücken und Zweifel hinter mir zu haben. Ehrlich gesagt hätte ich nicht gedacht, dass wir es tatsächlich so weit bringen würden und zudem auch noch so, wie wir es uns vorgestellt hatten. Wir hätten vielleicht das eine oder andere besser machen können. Auch jetzt noch könnte man diverse Sachen am Modell verbessern. Man könnte zum Beispiel unsere Vereinfachungen weglassen - doch welches Projekt ist schon perfekt?“ Alessandro Beck, Januar 2007 „Mit unserem einmaligen Produkt und damit mit dem Ziel unserer Arbeit bin ich sehr zufrieden. Wir sind vor viele Probleme gestossen, die es oft in sich hatten. Doch eine Lösung fand sich zum Glück immer. Ich war überrascht, wie viel Glück wir mit unseren Sponsoren hatten, die uns diese Arbeit überhaupt erst ermöglichten. Trotz enormem Zeitdruck konnten wir unser Innovation auf Basis des NXTSystems rechtzeitig fertig stellen. Ich bin überglücklich nach über 250 Stunden Arbeit an diesem Punkt angekommen zu sein und die Strapazen der letzten Wochen und Tage hinter mir zu haben. Ich finde es genial, wie es uns gelungen ist, die Bewegung und Positionen der Planeten mit Progammierung von Steuerungen, sowie unseren Ideen zur Konstruktion in einem schönen Modell anschaulich darzustellen. In einem weiteren Schritt könnte man noch weitere Finessen und Ideen einbauen. Wir wollten zum Beispiel noch einen LED-Anzeige als Jahreszähler einbauen, die Zeit reichte jedoch nicht aus.“ Fabio Bernasconi, Januar 2007 - 31 - Projekt Kleinplanetarium 9 Quellenverzeichnis Programme: Offizielle Lego Mindstorms NXT Software sowie MLCAD Version 3.20 Copyright © 1999-2004 Michael Lachmann http://www.lm-software.com/mlcad/ Bücher: Keller, H.-U. (2003). Astrowissen Zahlen, Daten & Fakten. Stuttgart: Kosmos. Internet: Hurbain, P. (2000-2006). Synthesize-your-own NXT® connector plug. Gefunden im Dezember 2006 unter http://www.philohome.com/nxtplug/nxtplug.htm EducaTec AG (2006). Homepage der EducaTec AG. Gefunden im November 2006 unter http://www.educatec.ch Wikipedia, die freie Enzyklopädie (2007). Astronomische Einheit. Gefunden im Januar 2007 unter http://de.wikipedia.org/wiki/Astronomische_Einheit Westfälische Volkssternwarte und Planetarium Recklinghausen (2006). Kostenlose astronomische Bastelbögen für den Unterricht und Zuhause. Gefunden im Dezember 2006 unter http://www.sternwarterecklinghausen.de/astronomie/html/bastelboegen.html Bild: Sternenhimmel LED-Set 2m(3m/4m/Fernbedienung) UVP=299.Gefunden im Januar 2007 unter http://stores.ebay.ch/drei-2-eins-store - 32 - Projekt Kleinplanetarium 10 Schlusswort Wir haben mit dieser Arbeit eine Menge an neuen Erfahrungen gewonnen und können bei einem zukünftigen Projekt auf diese zurückgreifen. Wir haben etwas in solchem Ausmass geleistet, wie wir es bisher noch nie getan hatten und wünschen uns, dass alle Betrachter unseres Modells wissen, wieviel Arbeit und Leidenschaft in diesem Werk verborgen liegt. Dabei sollten sie sich von der Pracht unseres Sonnensystems verzaubern lassen und fortan eine gewisse Faszination für diese schier unendliche und geheimnisvolle Welt mit sich tragen. Unser Modell ist in gewissem Sinne auch ein Blick in die Zukunft, möglicherweise in eine Welt mit Leben auf anderen Planeten. - 33 - Projekt Kleinplanetarium Anhang Inmitten des fertigen Modells Das Modell von aussen mit abgehobener Deckplatte - 34 - PLANETENGUIDE _ Impressum Inhaltsverzeichnis Quellen: Informationen über unsere Planeten und Zitat auf Seite 4: Buch: Keller, H.-U. (2003). Astrowissen Zahlen, Daten & Fakten. Stuttgart: Kosmos. Seiten 61, 71-80, 105, 109-126 Internet: http://de.wikipedia.org Seite Das Sonnensystem .................................................... 4 8 Planetenbilder (Titelblätter): http://www.blinde-kuh.de/weltall/ © 1997-1999 Birgit Bachmann und Stefan R. Müller Planet Planetensymbole (Titelblätter): http://www.code-knacker.de/planetensymbole.htm Merkur ......................................................................... Venus ......................................................................... 14 Erde ......................................................................... 20 Mars ......................................................................... 26 Jupiter ......................................................................... 32 Saturn ......................................................................... 38 Uranus ......................................................................... 44 Neptun ......................................................................... 50 Weitere Bilder: 217.160.164.65/teampointcom/sonnensystem/Bilder/ (S.4) www.goastrobilder.de/Soho%20Sonne.gif (S.6) www.nmm.ac.uk/upload/img/PIA02422.jpg (S.12) www.wmnh.com/sgven6.jpg (S.18) www.extrasolar.net/usage/HD28185bmoon.jpg (S.24) astro.vision.free.fr/download/fonds/10/olympus_mons1b.jpg (S.30) www.astrocorner.de/pics/etc/sonnensystem_jupiter_grf_l.jpg (S.36) www.enterprisemission.com/_articles/06-30-2004_Cassini/images (S.42) www.weltraumkunde.de/bilder_planeten/uranus/uranus1.jpg (S.48) voyager.jpl.nasa.gov/image/images/neptune/2bg.jpg (S.54) Alle Internetdateien wurden im November 06 heruntergeladen. Planetenguide: Dieses Buch ist eine Beilage zur Projektarbeit „Planung und Nachbau eines dynamischen Kleinplanetariums“. © Alessandro Beck und Fabio Bernasconi www.bugnplay.ch, 2006/07 1 2 „Das Sonnensytsem ist unsere eigentliche kosmische Heimat. Der Raum, in dem sich die Körper des Sonnensystems befinden, heisst interplanetarer Raum.“ Das Sonnensystem 3 4 Der Durchmesser des Sonnensystems bis zum Neptun beträgt 9 Milliarden Kilometer oder anders ausgedrückt: 8,3 Lichtstunden. Zentralkörper und Gravitationszentrum ist die Sonne, welche somit der grösste Körper im Sonnensystem ist. Die Sonne wird von unseren acht Planeten (Trabanten) umkreist. Diese werden wiederum, bis auf Merkur und Venus, von Monden (Satelliten) umrundet. Ferner laufen Kometen und Meteoriten um die Sonne. Planeten, Kometen und Meteorite laufen in KeplerBahnen um den Schwerpunkt des Systems, der meist innerhalb oder nahe der Sonnenkugel liegt. Die Sonne Der bei weitem grösste Körper im Sonnensystem ist ein Stern – unsere Sonne. Sie besteht aus einer heissen Gaskugel, die durch das Verschmelzen von Atomkernen Energie gewinnt. Hauptsächlich werden Wasserstoffatomkerne zu Heliumkernen fusioniert. Die Oberflächentemperatur liegt bei 5500 °C. So gesehen ist die Sonne ein ganz gewöhnlicher Durchschnittsstern. Sie erscheint uns nur so gross, weil sie sich im Vergleich zu anderen Sternen sehr nahe an der Erde befindet. 5 Die Sonne in ihrer ganzen Pracht. 6 Merkur 7 8 Zahlen Der sonnennächste Planet lässt sich nur schwer beobachten. Trotzdem wissen wir einiges über den Planeten, der nach dem Götterboten Merkur benannt wurde. Zum Beispiel, dass es an einem Merkur-Tag 427 °C heiss und in einer Merkur-Nacht –183 °C kalt wird. Daten Realität Äquatordurchmesser 4 878 km Umlaufzeit um die Sonne (siderische Periode) 87,969 Tage Rotationsdauer (Rotationsperiode) 58,646 Tage Atmosphäre und Oberfläche Mittlere Entfernung von der Sonne 57 900 000 km Helium macht den grössten Teil der „Restatmosphäre“ auf Merkur aus. Eine echte Atmosphäre gibt es nicht. Daten Kleinplanetarium Durchmesser 2,3 mm Umlaufzeit um die Sonne (siderische Periode) 7,2 s Mittlere Entfernung von der Sonne 0,97 cm 9 Die Oberfläche lässt sich mit der des Erdmondes vergleichen. Etliche Krater und Narben prägen die Landschaft. Eines der im Vergleich zum Erdmond wenigen von erstarrter Lava ausgefüllten Becken, das sogenannte Caloris-Becken, hat einen Durchmesser von 1300 km. 10 Besonderheiten Während sich die Merkur-Kugel drei Mal um sich selber dreht, wandert der Planet zwei Mal um die Sonne. Dieses Verhältnis von siderischer Periode und Rotationsperiode ist eines seiner typischen Merkmale. Daher ist interessant, dass ein Sonnentag auf Merkur doppelt solange wie ein Merkurjahr dauert. Das Rückstrahlungsvermögen (auch Albedo genannt) des Merkur ist sehr klein. Er gilt deshalb als dunkelster Wandelstern im Sonnensystem. Dunkel ist auch das mondähnliche Gestein, das seine Oberfläche überzieht. In seinem Inneren aber vermutet man einen feurig-flüssigen Eisen-Nickel-Kern, der von einer dicken Silikatschicht umgeben wird. Ausschnitt des Caloris-Beckens. Der Merkur im Kleinplanetarium. 11 12 Venus 13 14 Zahlen Daten Realität Äquatordurchmesser 12 104 km Umlaufzeit um die Sonne (siderische Periode) 224,70 Tage Rotationsdauer (Rotationsperiode) 243,01 Tage Mittlere Entfernung von der Sonne 108 200 000 km Daten Kleinplanetarium Durchmesser 5,7 mm Umlaufzeit um die Sonne (siderische Periode) 19 s Mittlere Entfernung von der Sonne 1,81 cm 15 Der von uns aus gesehen hellste Planet im Sonnensystem, der fast so gross wie die Erde ist und Phasen wie der Erdmond zeigt, wird von einer dichten Wolkenhülle umgeben und erscheint daher in einem grellweissen Licht. Atmosphäre und Oberfläche Kohlendioxid ist der Hauptbestandteil der Venusatmosphäre und führt zu einem Treibhauseffekt, der die Temperaturen auf der Venus bis 500 °C ansteigen lässt. Die Atmosphäre ist zudem vollständig trocken, Wasser gibt es nicht. Es regnet höchstens SchwefelSäure-Tröpfchen. Während es über der Oberfläche fast windstill ist, weht in 60 km Höhe ein Jetstream mit 470 km/h, der die Wolken innerhalb von vier Tagen um die Venus trägt. Die Atmosphäre ist ausserdem so dicht, dass kleinere Partikel beim Eindringen vollständig verdampfen. Das ist auch der Grund weshalb es auf der Venus wenig Krater gibt. 16 An Stelle von Kratern zeichnen gewaltige Gebirgszüge, riesige Becken und langgezogene Bergrücken, die irdischen Faltengebirgen gleichen, die Oberfläche aus. Die abwechslungsreiche Landschaft wird durch Vulkanspuren und seltenere Krater, sowie Ringwälle ergänzt. Besonderheiten Die Erforschung der Oberfläche war vorallem 1990 mit der Sonde Magellan ein Erfolg. Durch Radarmessungen konnte fast die gesamte Oberfläche kartiert werden. Die Venusoberfläche (Bild der Magellan-Sonde). Was das Innere der Venus betrifft, so vermutet man einen Eisen-Nickel Kern. Die Venus im Kleinplanetarium. 17 18 Erde 19 20 Zahlen Daten Realität Äquatordurchmesser 12 756 km Umlaufzeit um die Sonne (siderische Periode) 365,26 Tage Rotationsdauer (Rotationsperiode) 0,997 Tage Mittlere Entfernung von der Sonne 149 598 073 km ( 1 Astronomische Einheit (AE)) Daten Kleinplanetarium Durchmesser 6,0 mm Umlaufzeit um die Sonne (siderische Periode) 30 s Mittlere Entfernung von der Sonne 2,50 cm 21 Bereits um 600 v.Chr. wusste Thales von Milet, dass die Erde keine Scheibe ist. Wir können sie heute als abgeplattetes Rotationsellipsoid bezeichnen, da die Erdkugel aufgrund der Zentrifugalkräfte der Eigenrotation verformt wird. Atmosphäre und Oberfläche Die Atmosphäre ist relativ dicht, wobei der Luftdruck mit zunehmender Höhe abnimmt. Stickstoff (78%) und Sauerstoff (21%) bilden die Hauptbestandteile der Erdluft. Die Luft wirkt wie ein Filter und absorbiert den Grossteil der elektromagnetischen Strahlung aus dem Weltall. Das hat erhebliche Auswirkungen auf astronomische Beobachtungen, die dadurch erschwert werden. Horizontnahe Gestirne erscheinen gerötet, weil kurzwelliges Licht stärker als langwelliges gestreut wird. Der Blauanteil des Lichts ist entsprechend im Himmelsblau wiederzufinden. Die auf der Erde gemessenen Temperaturextreme betragen –89 °C (Antarktis) und +58 °C (Libyen). Die mittlere Temperatur in Bodennähe beträgt 15 °C. 22 Die Oberfläche wird von Gebirgen und Tiefseebecken geformt und ist daher nicht glatt. Grob kann die Erdfigur als Geoid bezeichnet werden. Besonderheiten Die Erde verfügt über ein globales, recht schwaches Magnetfeld, das in erster Näherung als Dipolfeld betrachtbar ist. Stärke und Lage des Magnetfeldes, das durch elektrische Ströme im Erdinnern aufgebaut wird, sind ständigen Änderungen unterworfen. Die Erde ist hauptsächlich aus drei Schalen aufgebaut, die sich voneinander abgrenzen: Aus dem Erdkern, dem Erdmantel und der Erdkruste. Die Erdkruste und der oberste Teil des oberen Mantels bilden zusammen die so genannte Lithosphäre. Sie ist in mehrere unterschiedlich grosse, tektonische Platten unterteilt. Diese bewegen sich gemäß der Plattentektonik auf den zähflüssigen Gesteinen des oberen Mantels, der 100 bis 150 km dicken Asthenosphäre fort. Der innere Erdkern ist fest, während der äußere geschmolzen und gut 4000 °C heiss ist. Die Erde mit ihrem Mond. Die Erde im Kleinplanetarium. 23 24 Mars 25 26 Zahlen Daten Realität Äquatordurchmesser 6 794 km Umlaufzeit um die Sonne (siderische Periode) 686,98 Tage Rotationsdauer (Rotationsperiode) 24h 37min Mittlere Entfernung von der Sonne 227 900 000 km Daten Kleinplanetarium Durchmesser 3,2 mm Umlaufzeit um die Sonne (siderische Periode) 56 s Mittlere Entfernung von der Sonne 3,81 cm 27 Der Mars wurde wegen seines rötlichen Schimmers, der an ein Feuer erinnert, nach dem griechischen Kriegsgott Ares benannt, der bei den Römern Mars heisst. Entsprechend nennen wir ihn den roten Planeten. Der Mars ist der Erde sehr ähnlich. Nicht nur weil ein Marstag fast gleich lang wie ein Erdtag dauert, sondern auch, weil der Mars wie die Erde über Jahreszeiten verfügt, da seine Rotationsachse um 25° zur Senkrechten auf der Bahnebene geneigt ist. Atmosphäre und Oberfläche Die Atmosphäre ist dünn und besteht zu 95% aus Kohlendioxid. Ferner kommen unter anderem Stickstoff (2,5%) und Wasserdampf (0,05%) vor. Der Atmosphärendruck entspricht nur 1/100 dem der Erde. Die Temperaturen reichen am Tag bis 20 °C, in der Nacht sinken sie aber in Bereiche zwischen –80 °C und –100 °C. Ab einer Bodentiefe von 0,5 m ist die Temperatur ziemlich konstant –60 °C. Man vermutet, dass es in diesem Permafrost gefrorenes Wasser hat. 28 Eisenoxide an der Oberfläche und in Staubwolken verleihen der Landschaft eine rötliche Farbe. Einer Landschaft, die von der Erosion durch Wind und Sandstürme geprägt ist. Krater, Canyons und Schildvulkane zeichnen die Oberfläche aus. Der höchste Vulkan ist der Olympus Mons, der mir seinen 26,4 km Gipfelhöhe und einem Durchmesser von fast 600 km wohl der Grösste im Sonnensystem ist. Besonderheiten Die erste Raumsonde, die Bilder vom Mars lieferte, war Mariner 4 im Jahre 1965. Einer der Höhepunkte der Marsforschung bis ins Jahr 2003 bildete aber die Landung der Marssonde Pathfinder am 4.7.1997. Später folgten mit der Marssonde Mars Express (2004) und den MarsFahrzeugen Spirit und Opportunity weitere. Damit gelangte man zu Unmengen von Daten, die unser Wissen über den Mars erweiterten. Trotz intensiver Suche konnten allerdings bisher keine Spuren von Leben gefunden werden, obwohl man an den Polkappen Eis gefunden hatte. 29 Olympus Mons Der Mars im Kleinplanetarium. 30 Jupiter 31 32 Zahlen Daten Realität Äquatordurchmesser 142 796 km Umlaufzeit um die Sonne (siderische Periode) 11,869 Jahre Rotationsdauer (Rotationsperiode) ca. 10 h Mittlere Entfernung von der Sonne 779 000 000 km Atmosphäre und Oberfläche Daten Kleinplanetarium Durchmesser 67,3 mm Umlaufzeit um die Sonne (siderische Periode) 5 min 56 s Mittlere Entfernung von der Sonne 13,01 cm 33 Jupiter ist der grösste und sogleich massenreichste Planet im Sonnensystem – ein gewaltiger Gasleib mit dem rund elffachen Erddurchmesser. Zu recht trägt er den Namen „Riesenplaneten“. Nach der Venus ist er zudem auch der hellste Planet. Die Jupiterkugel ist stark abgeplattet und dreht sich in knapp 10 Stunden einmal um die eigene Achse. Die über 1000 km dicke Atmosphäre gleicht in ihrer Zusammensetzung der Sonne. Vor allem Wasserstoff und Helium, aber auch Wasserdampf und viele andere Gase gehören zu ihren Bestandteilen. So auch z.B. das sogenannte Phosphin, welches der Jupiterluft einen Knoblauchduft verleiht. Die Muster und Strukturen entstehen durch starke Winde, die mit bis zu 500 km/h durch die Wolken sausen. Diese Winde werden ausserdem von Gewitterstürmen und Blitzen begleitet. 34 Der berühmteste Wolkenwirbel ist der so genannte „Rote Fleck“, der mit einem Längsdurchmesser von 40 000 km zugleich auch der grösste ist. In der oberen Wolkenschicht herrscht eine Temperatur von –150 °C, je tiefer man gelangt, desto wärmer wird es. Da Jupiter viel Wärme abstrahlt, vermutet man eine innere Energiequelle, die den Kern auf eine Zentraltemperatur von 19 000 °C erhitzt. Besonderheiten Der berühmte rote Fleck. Der Höhepunkt der Jupiterforschung bildete die Raumsonde Galileo, die im Dezember 1995 den Jupiter umrundete und eine Tochtersonde in die Atmosphäre eintauchen liess. Letztere registrierte Fallwinde und Turbulenzen. Sie stellte in einer Tiefe von 160 km, bei klarem Wetter (vermutlich ein gewaltiges Wolkenloch) und 152 °C die Funksignale ein. Der Jupiter im Kleinplanetarium. 35 36 Saturn 37 38 Zahlen Daten Realität Äquatordurchmesser 120 536 km Umlaufzeit um die Sonne (siderische Periode) 29,46 Jahre Rotationsdauer (Rotationsperiode) ca. 10 h 30 min. Mittlere Entfernung von der Sonne 1 432 000 000 km Der letzte Planet, der noch mit freiem Auge sichtbar ist, verfügt über ein System aus Hunderten von Einzelringen und wird daher auch „Ringplanet“ genannt. Saturn, der zweitgrösste Planet im Sonnensystem, hat aufgrund seiner raschen Rotation die am stärksten abgeplattete Kugel und ist zudem auch der mondreichste Planet im Sonnensystem. Atmosphäre und Oberfläche Daten Kleinplanetarium Durchmesser 56,7 mm Umlaufzeit um die Sonne (siderische Periode) 14 min 44 s Mittlere Entfernung von der Sonne 23,96 cm Die ausgedehnte Saturnatmosphäre besteht hauptsächlich aus molekularem Wasserstoff (93%) und Helium (6%). Ferner kommen Ammoniak und Methan vor. Saturns Wolkenbänder sind wie bei Jupiter parallel zum Äquator, aber weniger deutlich. Die Windgeschwindigkeiten können bis zu 1600 km/h reichen, die Temperaturen an der Wolkenobergrenze liegen bei kalten -120 °C. Viel wärmer ist es im Inneren, wo eine Wärmequelle aus thermischer Energie den Kern bis auf 20 000 °C erhitzt. Das ist auch der Grund, weshalb Saturn viel 39 40 mehr Strahlungsenergie abgibt, als er von der Sonne erhält. Besonderheiten Der Saturnring ist mit einer Dicke von weniger als 1 km sehr dünn und bildet zudem kein festes Gebilde. Das, weil der Ring aus enorm vielen einzelnen meteorischen Partikeln besteht, die mit hunderten von Einzelringen ein ganzes Ringsystem bilden. Darum ist es auch möglich, dass nicht alle Teile des grossen Rings gleich schnell rotieren. Die inneren Ringparteien absolvieren nämlich mehr Umdrehungen pro Zeiteinheit als die äusseren. Mitten im Saturnring. Die Orbiter Cassini, der seit dem 6.2.2004 den Saturn beobachtet, soll den Planeten für mindestens vier Jahre umrunden. Seine Landekapsel Huygens landete am 14.1.2005 auf dem grössten Saturnmond Titan. Die Cassini-Huygens Mission lieferte uns Bilder vom Ringsystem des Saturns und seinen Monden. Der Saturn im Kleinplanetarium. 41 42 Uranus 43 44 Zahlen Daten Realität Äquatordurchmesser 51 118 km Umlaufzeit um die Sonne (siderische Periode) 84,67 Jahre Rotationsdauer (Rotationsperiode) 17 h 14 min Mittlere Entfernung von der Sonne 2 884 000 000 km Daten Kleinplanetarium Durchmesser 24 mm Umlaufzeit um die Sonne (siderische Periode) 42 min Mittlere Entfernung von der Sonne 48,00 cm 45 Im Altertum und im Mittelalter war der Uranus noch völlig unbekannt. Erst 1781 wurde der Planet, welcher im Fernrohr ein winziges, grünliches Scheibchen zeigt, von F.W. Herschel entdeckt. Atmosphäre und Oberfläche Die Atmosphäre des Uranus ist dicht und setzt sich hauptsächlich aus Wasserstoff (83%), Helium (15%) und Methan (2%) zusammen. Das Methan verleiht dem Planeten die grünliche Farbe. Die Temperatur an der Wolkenobergrenze liegt mit seinen –215 °C schon sehr nahe am absoluten Nullpunkt. Die Wolken selbst werden von einem heftigen Westwind begleitet. 46 Besonderheiten Die Rotationsachse ist in die Bahnebene hineingekippt, da die Neigung zur Senkrechten auf der Bahnebene 98° entspricht. Daraus folgt eine im Uhrzeigersinn verlaufende Rotation. Uranus „schraubt“ sich somit seiner Bahn entlang. Die einzige Raumsonde, die bisher den Uranus passierte, war die Voyager 2 im Jahr 1986. Sie lieferte unter anderem Bilder vom Ringsystem, in dem zehn schmale, dunkle Ringe erkennbar sind. Zudem machte die Sonde Aufnahmen der zerklüfteten und kraterübersäten Oberfläche der fünf grossen Uranusmonde und besimmte die Rotationszeit des Planeten. Der Uranus mit seinem Ringsystem. Der Uranus im Kleinplanetarium. 47 48 Neptun 49 50 Zahlen Neptun war ursprünglich nur eine hypothetische Entdeckung, da man aus den Abweichungen der Uranusbewegung auf eine störende Masse schloss. Erst 1846 wurde der im Vergleich zur Erde knapp 4x grössere Planet nahe dem Sternbild Wassermann entdeckt. Daten Realität Äquatordurchmesser 49 424 km Umlaufzeit um die Sonne (siderische Periode) 165,49 Jahre Rotationsdauer (Rotationsperiode) ca. 16 h Atmosphäre und Oberfläche Mittlere Entfernung von der Sonne 4 509 000 000 km Daten Kleinplanetarium Die Dichte und ausgedehnte Atmosphäre des Neptun gleicht in ihrer Zusammensetzung jener des Saturn: Wasserstoff und Helium sind die Hauptbestandteile, Methan und Ammoniak bilden den Rest. Durchmesser 23,3 mm Umlaufzeit um die Sonne (siderische Periode) 83 min Mittlere Entfernung von der Sonne 75,12 cm Bilder der Sonde Voyager 2 zeigen eine blaue Neptunatmosphäre mit weissen Wolken und dunklen Strukturen. Auffallend ist ein grosser, dunkler Fleck (GDF), der einen zyklonenartigen Wirbelsturm andeutet. Dieser Fleck hat übrigens grosse Ähnlichkeit mit jenem des Jupiter. In der Atmosphäre finden gewaltige Strömungen statt; Winde mit bis zu 1100 km/h wehen entgegen der Ro- 51 52 tationsrichtung. (Bei Uranus wehen die Winde in die umgekehrte Richtung, d.h. mit der Rotation). Die Temperaturen in diesem stürmischen Nest liegen bei –190 °C. In der kühleren Stratosphäre kristallisiert das Methan zu Eisflocken und bildet zirrenartige Wolken. Ähnlich wie Jupiter oder Saturn strahlt Neptun Wärme ab, die von gespeicherter thermischer Energie gespiesen wird. Besonderheiten Der auffällige grosse, dunkle Fleck. Neptun umkreist die Sonne auf einer fast kreisförmigen Umlaufbahn. Die Raumsonde Voyager 2 passierte den Planeten im Jahre 1986 und fotografierte fünf Neptunringe, die aus Partikeln sehr unterschiedlicher Grösse zusammengesetzt sind. Der Neptun im Kleinplanetarium. 53 54 53 Migros-Magazin 2, 8. Januar 2007 Aktuell Prepaid jetzt an der Kasse laden BIL D GETTY IMAGES BIL D DOROT HE A MÜL L E R Nachrichten aus der Migros Haben all die Neujahrswünsche per SMS Ihr HandyGuthaben aufgefressen? Dann ist es höchste Zeit, ein neues Prepaid-Guthaben zu kaufen. Das funktioniert ab sofort anders und einfacher als bisher. Neu wird das nachladbare Guthaben für PrepaidHandys nämlich nicht mehr auf Karten angeboten, sondern direkt als E-Voucher an der Migros-Kasse verkauft. Das bedeutet: Der Kunde sagt an der Kasse, er möchte 15 Franken auf sein M-BudgetHandy laden. Er bezahlt und Simpel: Code eintippen und das Guthaben wird geladen. Raffiniert: Alessandro Beck und Fabio Bernasconi bauen aus Styroporkugeln und Elektromotoren ein Planetarium. Himmelsgucker «bugnplay.ch» ist ein neuer Wettbewerb für alle jungen Erfinderinnen und Erfinder, Tüftlerinnen und Tüftler sowie Träumerinnen und Träumer. F abio Bernasconi ist ein junger Mann mit Weitsicht. Der 18-jährige Gymnasiast ist überglücklich, wenn er in einer Sternwarte durch ein Teleskop blickt. «Schon als Kind faszinierte mich das Weltall», sagt er. «Meine Leidenschaft begann, als ich das erste Mal durch ein Fernrohr die Ringe des Saturn sah.» Jetzt baut der Schüler aus Mooslerau AG zusammen mit seinem Kollegen Alessandro Beck (17) ein Miniplanetarium. Das ehrgeizige Projekt ist ein Beitrag für «bugnplay.ch». Dieser neue Wettbewerb des Migros-Kulturprozents richtet sich an 11- bis 20-jährige Erfinder, Tüftler und Träumer. Sie sollen sich auf kreative Art mit Technik und Medien beschäftigen. Kinder und Teenager haben bei den Veranstaltern bereits eine Reihe von originellen Projekten angemeldet: Ein Mädchen will zum Beispiel einen Roboter bauen, der Bilder zeichnen kann. Ein Team aus Jugendlichen dreht einen computeranimierten Trick- film nach einer Geschichte von Franz Kafka. Auch Fabio und Alessandro arbeiten fleissig an ihrem dreidimensionalen Abbild unseres Sonnensystems. Acht Elektromotoren sollen acht Kügelchen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten um eine Lampe bewegen. «Es ist, als würden wir ein kompliziertes Uhrwerk bauen», sagt Fabio. Für die beiden jungen Tüftler ist das ein himmlisches Vergnügen. Michael West Infos zum Wettbewerb unter www.bugnplay.ch bekommt einen Beleg, auf dem ein Code aufgedruckt ist. Diesen tippt er nun gemäss der aufgedruckten Anleitung ins Handy ein, und schon wird ihm das Guthaben aufs Telefon geladen. Das neue System ist nicht etwa eine Erfindung der Migros. Die Telefonbranche hat entschieden, keine Wertkarten mehr zu produzieren. Unter anderem, weil das Diebstahlrisiko hoch ist und diese Karten deshalb nicht in der Selbstbedienung verkauft werden können. Wie bisher können in der Migros nicht nur M-BudgetKunden ihr Telefon nachladen, sondern auch Kunden von Swisscom, Orange und Sunrise. Und wer sein Handy bis am 31. Januar an einer Migros-Kasse nachlädt, kriegt sogar 10 Prozent mehr Geld gutgeschrieben – einzig für Orange-Kunden gilt diese Aktion nicht. Jeanette Kuster Handy-Guthaben können in allen Migros-Filialen und -Fachmärkten gekauft werden. An den Kassen der M-Gastronomie ist das Aufladen nicht möglich.
