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Nach einer Idee und mit Bildern von: Philip & Phylis Morrison, ZehnHoch, Heidelberg, 1991. Präsentation erstellt von Gregor Svoboda, 10/2003 hoch Zehn Mikrokosmos & Makrokosmos mit Hilfsmitteln erschließen Eine Reise vom Menschen aus in die Welt der größten Dinge und wieder zurück bis in die Welt der kleinsten Dinge Um bei dieser Präsentation in der richtigen Reihenfolge weiter zu kommen, bitte immer genau auf die Bilder klicken und nicht auf die freie Folie. 1011 Meter Hilfsmittel zur Sichtbarmachung des Objektes Größenordnung in Potenzen & Einheiten 100 Millionen Kilometer Zusätzliche Bilder, passend zur jeweiligen Größenordnung Zentrales Bild Nähere Erläuterung zum Bild Die farbigen Linien stehen symbolisch für die Umlaufbahnen der inneren Planeten unseres Sonnensystems. Die grüne Linie bezeichnet die Bahn der Erde. In der Mitte von fast allen Hauptbildern befindet sich ein rotes Quadrat. Es symbolisiert immer die Größe des vorangegangenen (10hoch+) oder nachfolgenden (10hoch-) Bildausschnittes. D.h., es zeigt immer die Größe der niedrigeren 10er Potenz. Hilfsmittel, die man i.d.R. in den verschiedenen Größenordnungen benötigt, um einen Gegenstand zu betrachten: Mit bloßem Auge erkennbar. Über Satelliten- oder Großteleskope erkennbar. Einfache optische Vergrößerungen erforderlich. Einfache optische Vergrößerungen erforderlich. Vielfache optische Vergrößerungen erforderlich. Vergrößerung durch Lichtmikroskop erforderlich. Nur über längere Belichtung erkennbar. Über Elektronenmikroskop oder Experimente indirekt erkennbar. Über Strahlung oder Radiowellen erkennbar. Über Modelle, Theorien oder Ideen vorstellbar. 100 Meter 1 Meter 101 Meter 10 Meter 102 Meter 100 Meter 103 Meter 1000 Meter 104 Meter 10 Kilometer 105 Meter 100 Kilometer 106 Meter 1000 Kilometer 1 Millionen Meter 107 Meter 10 000 Kilometer 108 Meter 100 000 Kilometer 109 Meter 1 Millionen Kilometer Umlaufbahn des Mondes um die Erde 1010 Meter 10 Millionen Kilometer Die Bahn des Mondes (blau) vor dem Hintergrund der symbolisch dargestellten Bahn der Erde um die Sonne (grün). 1011 Meter 100 Millionen Kilometer Die farbigen Linien stehen symbolisch für die Umlaufbahnen der inneren Planeten unseres Sonnensystems. Die grüne Linie bezeichnet die Bahn der Erde. 1012 Meter 1 Milliarde Kilometer Die Bahnen der der inneren Planeten Merkur, Venus, Erde & Mars, eingeschlossen von der Bahn des Jupiters. 1013 Meter 10 Milliarden Kilometer Die Bahnen der Planeten Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun, Pluto. 1014 Meter 100 Milliarden Kilometer Umlaufbahnen der äußeren Planeten Uranus, Neptun & Pluto. 1015 Meter 1 Billion Kilometer Der helle Punkt in der Mitte ist die Sonne. Die Planeten sind nicht mehr zu erkennen. 1016 Meter 10 Billionen Kilometer ~ 1 Lichtjahr Als strahlender Stern hebt sich die Sonne von den übrigen Sternen ab. 1017 Meter 10 Lichtjahre ~ 3 Parsec Die Sonne ist hier nur ein kleiner Punkt vor dem gleichmäßigen Muster Tausender anderer Sonnen. 1018 Meter 100 Lichtjahre Unsere Sonne ist zu lichtschwach, um hier aufzufallen. Einzig Arktur, eine riesige Sonne, ist gut erkennbar. Er ist etwa 40 Lichtjahre von der Erde entfernt. 1019 Meter ~ 1000 Lichtjahre Mehrere Millionen Sterne (Sonnen) unserer Milchstraße. 1020 Meter ~ 10 000 Lichtjahre „Wolken“ aus Sternen, leuchtendem Gas und dunklem Staub am Rande eines Spiralarmes unserer Milchstraße. 1021 Meter ~ 100 000 Lichtjahre 1022 Meter ~ 1 Millionen Lichtjahre 1023 Meter ~ 10 Millionen Lichtjahre ~ 3 Megaparsec Die hellen Punkte sind weitere Galaxien unserer „lokalen“ Gruppe – einem Galaxienhaufen. 1024 Meter ~ 100 Millionen Lichtjahre Die Milchstraße verschwindet hinter einem Haufen von Galaxien, dem Virgohaufen. 1025 Meter ~ 1 Milliarde Lichtjahre Ende? Blick in die Leere unseres Universums. Galaxiepünktchen bieten die einzige Abwechslung. Bei 13 Milliarden Lichtjahren Entfernung ist für uns die sichtbare Grenze erreicht. 1024 Meter ~ 100 Millionen Lichtjahre 1023 Meter ~ 10 Millionen Lichtjahre ~ 3 Megaparsec 1022 Meter ~ 1 Millionen Lichtjahre 1021 Meter ~ 100 000 Lichtjahre 1020 Meter ~ 10 000 Lichtjahre 1019 Meter ~ 1000 Lichtjahre 1018 Meter 100 Lichtjahre 1017 Meter 10 Lichtjahre ~ 3 Parsec 1016 Meter 10 Billion Kilometer ~ 1 Lichtjahr 1015 Meter 1 Billion Kilometer 1014 Meter 100 Milliarden Kilometer 1013 Meter 10 Milliarden Kilometer 1012 Meter 1 Milliarde Kilometer 1011 Meter 100 Millionen Kilometer 1010 Meter 10 Millionen Kilometer 109 Meter 1 Millionen Kilometer 108 Meter 100 000 Kilometer 107 Meter 10 000 Kilometer 106 Meter 1000 Kilometer 1 Millionen Meter 105 Meter 100 Kilometer 104 Meter 10 Kilometer 103 Meter 1000 Meter 102 Meter 100 Meter 101 Meter 10 Meter 100 Meter 1 Meter 10-1 Meter 0,1 Meter 10 Zentimeter 1 Zentimeter 10-2 Meter 0,01 Meter Hautfalten auf der Hand 1 Millimeter 10-3 Meter 0,001 Meter Die Oberfläche der Haut unter dem Mikroskop 0,1 Millimeter 10-4 Meter 0,0001 Meter Stark vergrößerte Aufnahme einer Hautfalte 10-5 Meter 0,00001 Meter 10 Mikrometer Blick unter die Hautoberfläche in eine Kapillare der Blutbahn. Abgebildet sind zwei weiße Blutkörperchen (Lymphozyten), die wichtig für das Immunsystem sind. 10-6 Meter 0,000001 Meter 1 Mikrometer Im Innern eines Lymphozyten: Blick auf eine Zellmembran, die den Zellkern umgibt. Deutlich sind Poren in der Membran erkennbar. Mit dem Lichtmikroskop ist hier jetzt Schluss. Weiter kann man direkt nicht sehen. ? Wie geht es weiter? Ab hier können wir nur noch virtuell abbilden und müssen deshalb mit Modellen arbeiten. 10-7 Meter 0,0000001 Meter 1000 Ångström 100 Nanometer Im Inneren des Zellkerns. Lange Molekülketten bilden die DNA, die das genetische Material enthält. 10-8 Meter 0,00000001 Meter 100 Ångström 10 Nanometer Nahaufnahme der DNA: Zu sehen ist die lange zweigeteilte Molekül-Leiter, die so genannte Doppelhelix. Je nach Anordnung ihrer einzelnen Bausteine (4 Bausteinarten) sind unterschiedliche genetische Informationen enthalten. 10-9 Meter 0,000000001 Meter 10 Ångström 1 Nanometer Modellaufnahme von Molekülen (Verbände von Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen). 10-10 Meter 0,0000000001 Meter 1 Ångström Modellzeichnung eines Atoms. Die weißen Punkte stehen für die Orte, an denen sich die Elektronen des Atoms wahrscheinlich aufhalten. In der Mitte befindet sich, unsichtbar klein, der Atomkern. Die äußeren Elektronen bestimmen die chemischen & physikalischen Eigenschaften des Atoms. 10-11 Meter 0,00000000001 Meter 10 Picometer Modellhafte Abbildung der wahrscheinlichen Aufenthaltsbereiche der inneren Elektronen eines Kohlenstoff-Atoms. 10-12 Meter 0,000000000001 Meter 1 Picometer In der Mitte kann stellen wir uns den Atomkern vor. Er setzt sich aus Protonen und Neutronen zusammen und macht mehr als 99 % der Masse eines Atoms aus. 10-13 Meter 0,0000000000001 Meter 0,1 Picometer 100 Femtometer Je näher wir dem Kohlenstoff-Atomkern kommen, desto mehr erkennen wir am Modell, dass er aus 6 Protonen und (meist) 6 Neutronen besteht. 10-14 Meter 0,00000000000001 Meter 10 Femtometer Eine modellhafte Darstellung der Atomkern-Teilchen „Protonen“ und „Neutronen“. Sie werden auch „Nukleonen“ genannt. Beim genauen Betrachten des Modells wird deutlich, dass auch die Nukleonen wiederum aus kleineren Teilchen bestehen. 10-15 Meter 0,000000000000001 Meter 1 Femtometer Die Protonen & Neutronen bestehen aus kleineren Teilchen, jeweils 3 (unterschiedlichen) Quarks. 10-16 Meter 0,000000000000001 Meter 0,1 Femtometer Ende? Quarks gelten als die „Basisbausteine“ der Materie. Neben den Quarks gibt es noch andere Elementarteilchen, z.B. die Leptonen. Ende der Vorstellung von Elementarteilchen. Kleinere Teilchen kennt man bisher nicht. Mögliche Lerneffekte dieser Reise • Den Dimensionen des Makro- und Mikrokosmos begegnen: Einblicke in die Astronomie und Einblicke in die Welt der kleinsten Teilchen • Größenordnungen begegnen • Verständnis für Systeme entwickeln: Ein System ist (immer) Bestandteil eines höheren Systems • Vernetztes Denken fördern • Die Grenzen unserer Sinnesorgane kennen lernen • Einblicke in das Denken mit Hilfe von Modellen • Naturphilosophie: Was steckt hinter den Grenzen unserer direkten sinnlichen Erfahrungswelt? • Theologie – Philosophie - Physik: Wo hat alles seinen Ursprung? Was ist das Ziel unseres Universums? • Ökologie: Unser Planet ist einzigartig und „einsam“ • … Quellenangaben •P & P Morrison, ZehnHoch, Spektrum, Heidelberg, 1991 •Diess., Video ZehnHoch, Spektrum, Heidelberg. • www.powersof10.com (mit Bildern & Ideen für den Unterricht) •www.csaweb.yonsei.ac.kr/~rhee/2000/universe/power10.html Abbildungen von DNA-Molekül-Modellen. Deutlich ist die gewundene Struktur der DoppelHelix zu erkennen. Einfache Modelle von Kohlenstoff-WasserstoffMolekülen (Methan-Moleküle, CH4). Elektronenmikroskop-Aufnahme von Grippeviren. Viren sind etwa 10 bis 240 Nanometer groß (= ca. 0,00000001 – 0,00000024 Meter). Unterschiedliche Atommodelle Einfache Modelle von einem Kohlenstoff-Atom Zecken im Größenvergleich Eine CD-ROM hat einen Durchmesser von ca. 12 cm. Modelllokomotiven haben etwa eine Länge von 10 Zentimetern Videoclip (anklicken): Neil Armstrong betritt als erster Mensch den Mond am 20.07.1969. Armstrong: „I'm going to step off the LM now.“ [Armstrong hat seine Hände an der Leiter des Lunar-Mobils und wird nun erstmals einen Fuß auf die Oberfläche des Monds setzen] Armstrong: „That's one small step for (a) man; one giant leap for mankind.“ Edward Aldrin auf dem Mond. Der Abstand von Mond zu Erde schwankt zwischen 384 000 km und 407 000 km Der Planet Merkur Der Planet Venus Die Magellanschen Wolken, in Namibia fotografiert Ca. 100 000 Kilometer Der Planet Jupiter mit dem schwarzen Schatten eines seiner Monde. Der Planet Saturn, von Voyager 1 aufgenommen Der Planet Neptun von einer Sonde aufgenommen So stellen sich Künstler & Astronomen das Aussehen von indirekt entdeckten Planeten außerhalb unseres Sonnensystems vor. Die Plejaden, ein „offener Sternhaufen“, ca. 400 Lichtjahre von der Erde entfernt. Mit nur ca. 100 Millionen Jahren Alter handelt es sich bei diesen Sternen um „Babys“ im Universum. M 1, der Krebs-Nebel im Sternbild Stier, ist das Überbleibsel einer Super-Nova, die wahrscheinlich, wie man aus alten chinesischen Aufzeichnungen schließt, am 4. - 5. Juli 1054 v.Chr. beobachtbar war. Ca. 6 300 Lichtjahre von der Erde entfernt. M 51 – „Whirlpool-Galaxie“ Galaxie M 83 „Alpha Centauri“, die zweitnächste Sonne zu unserer Sonne, ca. 4,4 Lichtjahre entfernt. („Proxima Centauri“ gehört zum gleichen System, ist etwas näher, aber wesentlich kleiner und dunkler.) Die Erde geht über dem Mond auf, aufgenommen von Apollo 8, 1968. Mount Everest, 8850 Meter 8850m Die tiefste Stelle im Meer: Der Marianengraben, 11.035 Meter Ca. 70 Kilometer Der Bodensee vom Satelliten aufgenommen Ca. 1000 Kilometer Europa bei Nacht Asien bei Nacht Hurrikan Isabel am 15.09.2003 vor Cuba & Florida Mount Everest, Höhe: 8850 Meter 20 Stunden vor dem Blackout 7 Stunden nach dem Blackout Stromausfall im Nordosten der USA am 15.08.2003 Das „Soldier‘s Field“-Stadion in Chicago (historische Ansicht) Längste Spann-Brücke der Welt: Akashi Kaikyo Brücke (Japan), Länge: 1,9 Kilometer Die zukünftig längste Brücke der Welt soll Kalabrien mit Sizilien verbinden. Länge: 3,3 Kilometer. Geplante Fertigstellung: 2014. 10 Meter 93 Meter Theater von Epidauros, Griechenland Handgemalte Karte von Afrika, etwa um 1585 entstanden Die am weitesten von uns entfernten Galaxien. Sie bieten mit der Entfernung von ca. 13 Milliarden Lichtjahren einen Einblick in die Frühzeit unseres Universums.
