„Und er warf einen Blick um sich auf den Planeten des Geographen. Er hatte noch nie einen so majestätischen Planeten gesehen.“ (Antoine de Saint-Exupéry: Der kleine Prinz) ARBEITSLEHRBUCH für die deutschsprachige Klasse der 9. Jahrgangsstufe Erarbeitet und erstellt von Gyula Meskó, Fachlehrer 2014. „Áron Tamási” Grundschule, Allgemeines und Zweisprachiges, Ungarndeutsches Nationalitätengymnasium H-1124. Budapest, Mártonhegyi út 34. I. EINTRITT IN DIE WELT DER GEOGRAPHIE „Der Vernünftige glaubt, dass die Erde dem Menschen zur Ausbeutung ausgeliefert sei. Sein gefürchtetster Feind ist der Tod, der Gedanke an die Vergänglichkeit seines Lebens und Tuns.“ (Hermann Hesse: Betrachtungen) Die Erde (lat. Terra) ist ein eigenartiger Himmelskörper im Sonnensystem, der einzige, der belebt ist. Unser Wohnort, so ist es unser gemeinsames Interesse, sie für die Zukunft zu schützen! I. DIE GEOGRAPHIE ALS EINE WISSENSCHAFT Woher leitet sich der Name „Geographie“ ab? Dieses zusammengesetzte Wort stammt aus dem Griechischen. Der erste Wortteil „Geo“ leitet sich aus dem Namen Gaia (Gäa) ab, in der griechischen Mythologie die Erde in Göttergestalt, die aus dem Chaos entstand. Auch der Wortteil „Graphia-Graphos“ bedeutet griechisch die Beschreibung. 1. Wohin geht die Geographie an die Wurzel und welches Thema erforscht sie? Man kann ruhig aussagen, die Geographie – die Erdkunde ist eine der ältesten Wissenschaften. Es ist erwiesen, dass die durch die Entdeckungen und Erfahrungen gewonnenen Kenntnisse den Eingang in die sog. Naturphilosophie im antiken Griechenland fanden. Aufgabe 1.: Was erforscht die Geographie als eine Wissenschaft? Unterstreiche die Schlüsselwörter im folgenden Textausschnitt! Im Mittelpunkt ihrer Erforschungen stehen die Phänomene, die Prozesse des GEOGRAPHISCHEN RAUMES und ihre Zusammenhänge, die Gesetze ihrer Tätigkeit und die Wechselwirkung zwischen der Naturumwelt und der Menschheit. Sie erforscht als einzige Wissenschaft Sachgebiete, die sowohl nach natürlichen als auch nach gesellschaftlich-wirtschaftlichen Gesetzen im räumlichen Zusammenhang geordnet sind. Auch das Aufeinanderwirkung Mensch-Umwelt ist ein geographisches Problem, das sich in globalen, regionalen und lokalen Maßstäben offenbart. Aufgabe 2.: Lies den folgenden Textausschnitt. Auf welche Fragen versucht die Geographie zu antworten? ........................................? ................................................? ...............................................? .................................................? Als eine Wissenschaft sucht auch die Geographie Antworten auf verschiedenen Fragen. Die Geographen beobachten und beschreiben die Phänomene und Prozesse im geographischen Raum, in dem DIE GEOGRAPHISCHE LANDSCHAFT der integrative Gegenstand der Geographie ist. Die Landschaft ist eine geographische Raumeinheit, die komplex funktioniert. So ist die Geographie eine Raumwissenschaft. Zur Erforschung brauchen die Geographen ein sehr wichtiges Mittel, das man als „Sprache der Geographie“ bezeichnet. Es ist die Landkarte. Die Phänomene und Prozesse laufen in der Zeit ab, die Bestandteile des geographischen Raumes verändern sich ständig. Die Menschen sind immer auf den Grund gespannt, sie suchen Erklärungen für die Phänomene und Prozesse der Welt. Der geographische Raum, in dem es viele unterschiedliche, komplex funktionierende Landschaften gibt, besteht aus den Elementen der sog. GEOGRAPHISCHEN HÜLLE. Aber aus welchen Bereichen besteht die geographische Hülle? Unsere Erde lässt sich in sog. Kugelschalen, Sphären gliedern, so wie die Litosphäre (die Erdkruste), die Atmosphäre (die Lufthülle), die Hydrosphäre (die Wasserhülle), die Pedosphäre (die Bodendecke) und die Biosphäre. Sie bilden die geographische Hülle, in der die geographischen Phänomene und Prozesse ablaufen. In der geographischen Hülle üben zwei GesetzIn den geographischen Raumeinheiten gruppen gemeinsam auf die Phänomene und Vorgänge physische Gesetze gesellschaftlichgesellschaftlich-wirtschaftliche einen Einfluss aus. Gesetze Aufgabe 3.: Welche sind diese zwei Gesetzgruppen? Studiere die Abbildung I.! Human( Human(Anthropo) Anthropo)geographie Physische Geographie Abhängig davon, dass die Phänomene und Vorgänge nach welcher Gesetzgruppe ablaufen, untergliedert sich die Wissenschaft Geographie in Teilbereiche. Aufgabe 4.: Studiere die Abbildung I.! Wie untergliedert sich die Wissenschaft Geographie? Naturlandschaften Was ist wo? wo? Wo ist was? was? Allgemeine Geographie 2 ArbeitsArbeits- und Lebensrä Lebensräume der Menschheit Regionale Geographie Abbildung I. Die Teilbereiche der Geographie Glossar – Eintritt in die Welt der Geographie ableiten e Ausbeutung ausgeliefert r Bestandteil, -e r Einfluss erforschen / untersuchen e Erklärung, -en erweisen r Feind gefürchtet r Gegenstand, . . e r Himmelskörper, - levezet kizsákmányolás kiszolgáltatva elem, elegyrész befolyás kutat magyarázat bizonyít ellenség rettegett tárgy égitest e Hülle e Kugelschale, -n e Landschaft, -en lokal s Phänomen, . . e r Prozess, -e / r Vorgang, . . e r Raum, . . e vernünftig e Wechselwirkung e Wissenschaft, -en r Wurzel 3 burok gömbhéj táj helyi jelenség folyamat tér, terület, terem értelmes, okos kölcsönhatás tudomány gyökér II. BASISWISSEN ZUR ASTRONOMISCHEN GEOGRAPHIE I. DIE ENTDECKUNG DES STERNENHIMMELS 1. Wie entwickelte sich das Weltbild der Menschheit im Altertum? Der Mensch hat seit alters her den Sternenhimmel beobachtet. Er war schon in den prähistorischen Zeiten gespannt sowohl auf ihre Umwelt, als auch auf die Objekte am Himmel. Aber auch sein Lebensinteresse erheischte es, die Phänomene seiner Umwelt zu beobachten. Das Alltagsleben basierte auf der Erkenntnis, dass es einen Zusammenhang zwischen den Veränderungen der Natur und den Phänomenen am Sternenhimmel gibt. Für die Orientierung in der Natur oder für die Zeitbestimmung und die Kalenderrechnung brauchte man die Beobachtung des Sternenhimmels. So entfalteten sich die Grundlagen einer der ältesten Wissenschaften, die die Astronomie (die Sternkunde) ist. Wiederum hielt man die Himmelsobjekte als die Vertreter der „mystischen Himmelwelt“, die Äußerung der oberirdischen Gottheiten. Auch man glaubte, dass von den Stellungen der Himmelsobjekte einen Fernblick auf die Zukunft erhalten kann. Die Astronom-Priester, die sich mit der Beobachtung des Sternenhimmels beschäftigten, waren auch die Väter einer Pseudowissenschaft, die die Astrologie ist. Bild I/1. Einer der geheimnisvollen Megalith-Kreise aus dem Bronzealter in Westeuropa: „Stonehenge“ („hängende Gesteine“), aus 3, in verschiedenen Zeitperioden errichteten Steinringen. Aufgabe 1.: Aufgrund des vorliegenden Textes antworte auf die Frage! Was waren die praktischen und die religiösen Grundlagen der Herausbildung der Astronomie? Aufgabe 2.: Schlag nach, warum sich „Stonehenge“ als ein bronzezeitliches Observatorium bezeichnen lässt! 1.1 Astronomische Beobachtungen im Alten Orient Man betrachtet BABYLON als „die Heimat der Astronomie“. Sie kannten gut den Gang des Mondes und der Sonne. Der Grund für ihre Zeitrechnung war die tägliche und die jährliche Bewegung des Mondes. Sie bildeten auf deren Grund 12 Mondmonate mit 30 Tagen. Sie beschrieben sowohl die Mondfinsternisse, als auch die Sonnenfinsternisse. Sie beobachteten auch die jährliche Bewegung der Sonne. Sie erkannten, dass sich die Sonne im Verlaufe des Jahres im Verhältnis zu den sog. Fixsternen Zeit zu Zeit in einem anderen Sternbild befindet, die die 12 Tierkreise sind. Sie teilten die jährliche Sonnenbahn (Ekliptik) nach den Tierkreissternbildern in 12 Teile auf. Sie kanten gut die zeitliche Regelmäßigkeit der Sonnenwenden und Tagundnachtgleichen. Sie konnten mit bloßem Augen 7 „bewegBegriffe: Bild I/2. Sternenhimmel im Frühjahr auf der Nordhalbkugel liche” (im Verhältnis zu Der Mondmonat: Ein Zeitabschnitt den Fixsternen) Himmelskörper unterscheiden: die Sonne, den Mond und 5 von einer der Lichtgestalten des Planeten (Merkur, Venus, Mars, Jupiter, Saturn). Mondes bis zur gleichen Lichtgestalt, Die altertümlichen CHINESEN kannten auch die Bewegung des Mondes und der 29 Tage 12 Stunden 44 Minuten lang dauert. der Sonne. Sie konnten auch die Zeitpunkte der Sonnen- und Mondfinsternisse Die Finsternis: In der Astronomie, errechnen. wenn die Sonne oder der Mond von Die alten ÄGYPTEN waren in der Kalenderherstellung perfekt. Bei ihnen war der Erde aus nicht zu sehen sind, es notwendig, zu wissen, wann der Nil Hochwasser führt. Grund dafür war die denn sie stehen im Schatten des Bewegung der Sonne, ihre Zeiteinheit war das Sonnenjahr (12 Monate mit 30 anderen Himmelskörpers. Entweder der Mond verdeckt die Sonne vor der Tagen und noch 5 Festtage eingesetzt). Die Erdmessung (die Geodäsie) war bei Erde, es ist die Sonnenfinsternis, ihnen auch entwickelt, wozu man die genaue Orientierung und Ortsbestimmung oder die Erde verdeckt die Sonne vor brauchte (siehe den Bau der Pyramiden). Sie verwendeten dazu einfache Geräte dem Mond, es ist die Mondfinsternis. wie die Sonnen- und Wasseruhren, die verschiedenen Winkelmaße, das WasserDie Sonnenwende: Wenn im Laufe maß, den Schattenstab usw. des Jahres der Tag am längsten, die Nacht am kürzesten sind oder Bis zum Auftritt der antiken Griechen glaubte man, dass die Erde flach oder scheibenförmig ist, die von Säulen oder Wurzeln gehalten ist, oder auf einer umgekehrt. Die Tagundnachtgleiche: Wenn im endlosen Wasserfläche schwimmt. Man glaubte auch, dass sich der Himmel von Laufe des Jahres der Tag und die der Erde trennt, an dem die Himmelsobjekte die Funktion haben, die Erde zu Nacht gleich lang sind. beleuchten und bei der Zeitrechnung zu helfen. Aufgabe 3.: Wie heißen die 12 Tierkreissternbilder? …………………………………………………………........................................................................................................... 4 1.2 Diejenigen, die auch Gründe erforschten: die antiken Griechen Ihre Kenntnisse basierten auf die Beobachtungen der babylonischen und ägyptischen Astronomen. Sie beobachteten auch den Himmel, beschrieben die Bewegungen der Himmelsobjekte, die sie echt (!) glaubten. (Diese Bewegungen sind aber scheinbar, im Hintergrund stehen die Rotation und der Umlauf der Erde). Sie systematisierten die gesammelten Daten, darauf gegründet erstellten sie Plantetenkataloge. Diese waren für die Orientierung und die Ortsbestimmung nötig. Die antiken Griechen waren auch darauf gespannt, was die Gründe der Phänomene am Himmel sind. Aber sie wollten auf den Augenschein eine Erklärung geben. Sie gingen davon aus, was sie sehen, das ist echt. Sie beobachteten alles von der Erde aus, deshalb lag es ihnen auf den Händen, dass sie in den Mittelpunkt der Bewegungen am Sternenhimmel die Erde stellen müssen. Sie arbeiteten DAS sog. GEOZENTRISCHE WELTBILD aus: Im Mittelpunkt des Weltalls steht die unbewegliche Erde, und das Weltall (jedes Objekt) dreht sich von Ost nach West um sie. Am stärksten trugen zwei Gelehrte der Entwicklung dieses Weltbildes bei, der Philosoph Aristoteles (4. Jh. v. Chr.) und Ptolemäus (2. Jh. n. Bild I/4. Ptolemäus Chr.). Bild I/3. Das Weltbild von Ptolemäus Bild I/5. Man glaubte, dass die Sterne Köpfe goldener Nägel seien, die in das kristalline Himmelsgewölbe eingeschlagen sind (Holzschnitt aus dem 16. Jh.). Es gab damals auch einen Gelehrten, Aristarkhos aus Samos (3. Jh. v. Chr.), der darauf neugierig war, wie weit die Sonne und der Mond von der Erde entfernt sind. Er ging von folgendem aus: Beim Halbmond ist der Winkel am Mond rechteckig. In diesem Fall bildet die Konstellation der dreier Himmelskörper ein Dreieck. Er maß den Winkel, den die Sonne und der Mond einschließen, 87°. Nach einer Dreieckrechnung erhielt er, dass die Sonne–Erde Entfernung 19 Mal so groß ist, wie die Erde–Mond Entfernung Bild I/6. Aristarkhos-Theorie (echt ca. 400 Mal). Ihm bedeutete es, dass sich die Sonne viel weiter von der Erde entfernt befindet, als der Mond. Es gibt solche Zeitpunkte, in denen der Mond von der Erde aus gesehen genau so groß ist wie die Sonne, aber die Sonne ist viel weiter von uns entfernt, als der Mond, deshalb ist die Sonne viel größer, als der Mond und die Erde. Auf diese spekulative Weise konnte er aussagen: Die kleinere Erde muss um die größere Sonne umlaufen, und nicht umgekehrt. Es war DAS ERSTE HELIOZENTRISCHE WELTBILD im Altertum. Aufgabe 4.: Verbinde die zueinander passenden Feststellungen! Babylon: ................ Ägypten: ................ China: .................. Westeuropa: ................. Griechenland: .............. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. Systematisierung und Suche nach Erklärungen, was sie am Himmel sahen und beobachteten. Sie haben mit bloßem Auge 7 „bewegliche” Himmelskörper beobachtet. „Stonehenge”: die Megalith-Kreise als Steinkalender Das geozentrische Weltbild. Kalender nach der Wasserführung vom Nil: Sonnenjahr. 12 Tierkreis-Sternbilder auf der Sonnenbahn (Ekliptik). Orientierung und Erdmessungskunde (die Geodäsie). Ausrechnung der Zeitpunkte der Sonnen- und Mondfinsternisse. Beobachtung des täglichen und jährlichen Gangs des Mondes und der Sonne. Mondmonate (12 mit 30 Tagen): von der Lichtgestalt (z.B. Vollmond) bis gleicher Lichtgestalt. Sie haben zuerst die Zeitpunkte der Sonnenwende und der Tagundnachtgleiche festgelegt. 2. Die große Wende in der Neuzeit Die Lehren von Ptolemäus und Aristoteles – das geozentrische Weltbild – war in Europa lange Zeit anerkannt. Im Mittelalter nahm es auch die christliche Kirche an, denn diese Lehren unterstützten die Bibel und die Lehren der Kirche. Dieses Weltbild war damals eine unabänderliche Grundwahrheit. 16-17. Jh. waren die Epoche der großen geographischen Entdeckungen. Zu dieser Zeit stellte sich die Kugelform der Erde praktisch heraus, als F. Magellan die Erde umschiffte. Für die Orientierung auf den Ozeanen war die Ortsbestimmung sehr wichtig, wozu man die Planetenkataloge von Ptolemäus benutzte. Aber es wurde klar, dass sie nicht mehr zu gebrauchen sind, weil sie ungenau waren. Sie ließen sich nicht mit der Wirklichkeit vergleichen, der gesuchte Himmelskörper war nicht da am Himmel, wo er hätte stehen müssen. Immer mehr Beobachtungen widerlegten das geozentrische Weltbild von Ptolemäus. Zahlreiche Astronomen versuchten, die Planetenkataloge zu verbessern, inzwischen ein neuer Gedanke geboren ist. Der polnische Astronom Nikolaus Kopernikus (1473–1543) sagte erstmal aus: Jeder Planet läuft um die Sonne auf einer Kreisbahn herum, die Erde ist kein Mittelpunkt des Universums, nur der Mondbahn und die Bewegungen der Sterne und der Sonne am Himmel sind scheinbar, nur wegen der Umdrehung der Erde um die Drehachse und der Umkreisung um die Sonne sehen wir so. Auf diesen Lehren basierte das HELIOZENTRISCHE WELTBILD. Die christliche Kirche akzeptierte die neue Theorie nicht, sie betrachtete ihre Anhänger als Ketzer und verurteilte zum Feuertode so wie Giordano Bruno. 5 Am Anfang des 17. Jh. (1608) erzeugte man das erste Fernrohr, womit die Beobachtung des Sternenhimmels viel einfacher und genauer wurde. Mit dem selbst gefertigten Fernrohr beobachtete den Himmel der Italiener Galileo Galilei (1564-1642). Er entdeckte zahlreiche Nachweise für das heliozentrische Weltbild: Jupiter hat vier Monde, die um den Planet umlaufen, also Jupiter ist auch ein Mittelpunkt; Venus hat Lichtgestalten wie unser Mond; auf der Sonnenoberfläche gibt es Flecken, die sich bewegen, also die Sonne rotiert, die Oberflächenformen des Mondes („Mare“ und „Terra“-Gebiete). Wegen seiner Aussagen zwang das Inquisitionsgericht Galilei, seine Lehren zurückzuziehen. Wie sich die Planeten im Weltall bewegen, welche Regelmäßigkeiten in den Bewegungen zur Geltung kommen, stellte der deutsche Astronom und Mathematiker Johannes Kepler (1571-1630) fest. Basierend auf die Beobachtungen von dem dänischen Astronom Tycho Brahe (1546-1601) konstruierte er die drei Gesetze der Bewegung der Planeten. Aber darauf gab Kepler keine Antwort, warum die Planeten auf ihrer Bahn um Begriffe: die Sonne bleiben, welche Kraft hält sie um die Sonne. Der englische Physiker und Die Gravitation: Die Schwerkraft, Mathematiker Isaac Newton (1643-1727) erkannte, dass diese Kraft dieselbe ist, die von der Masse direkt und der weswegen ein Steinstück auf die Erde abfällt. Die Massenanziehung reguliert die Entfernung der Körper umgekehrt proportional abhängig ist. Umkreisung der Planeten um die Sonne. Er fertigte auch ein neues sog. Spiegelteleskop, mit dem man den Himmel besser und genauer beobachten kann. Aufgabe 5.: Die folgenden Fragen beziehen sich auf die Gesetze der Planetenbewegungen. Betrachte die Abbildungen und antworte auf die Fragen! I. Welche Schlussfolgerung kannst du zu den Planetenbahnen ziehen? ……................................................................................................................. ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... II. Welche Schlussfolgerung kannst du zu der Umlaufgeschwindigkeit des Planeten ziehen? ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... III. Welche Schlussfolgerung kannst du zur Verhältnis der Umlaufzeit der Planeten untereinander ziehen? ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... ......................................................................................................................... Aufgabe 6.: Welche Naturwissenschaftlern lassen sich mit den Feststellungen verbinden? - Das erste heliozentrische Weltbild im Altertum: ............................................ - Die Himmelskörper laufen auf einer kreisähnlichen Ellipsenbahn um: ................................. - Das geozentrische Weltbild im Altertum: ........................................................ - Gravitationskraft, die die Umkreisung der Planeten reguliert: ............................ - Die Entdeckung der Jupitermonde: ........................................................ - Er hat zuerst die Erde–Sonne–Mond-Entfernung ausgerechnet: ............................ - Das heliozentrische Weltbild in der Neuzeit: .............................................. - Er hat zuerst die Oberfläche des Mondes („Mare” und „Terra”) beobachtet: ...................................... - Die Bewegungsgesetze der Himmelskörper: ............................................. - Die Planeten laufen auf einer Kreisbahn um die Sonne: ........................................ - Mit dem eigenen astronomischen Fernrohr hat er den Himmel beobachtet: ...................................... - Er hat zuerst ein Spiegelfernrohr gemacht: ......................................... - Er hat die Saturnringe beobachtet: ........................................... - Die Bewegung der Sterne und der Sonne am Himmel ist scheinbar: ...................................... - Venus hat auch Lichtgestalten wie der Mond: ................................................... Bild I/7. Kopernikus Bild I/8. Galilei Bild I/9. Kepler 6 Bild I/10. Newton 3. Die Weltraumforschung im 20. Jahrhundert Die zweite Hälfte der 1990er Jahre lässt sich das „Jahrhundert der Weltraumforschung“ bezeichnen. Bild I/11. Sputnik-1 (1957) Bild I/13. Raumflugzeug Die wichtigsten Knotenpunkte ihrer Geschichte sind… • 1940-50: die Raketentechnik entwickelte sich bedeutend • 1957: der erste künstliche Satellit im Weltall: Sputnik-1 (sowjet) (Sputnik-2 mit einem Hund) • 1959: die erste Mondsonde wurde in den Raum gebracht • 1960: das erste Raumschiff im Weltall (Wostok, auch sowjet) • 1961 (12. 04.): das erste bemannte Raumschiff mit J. Gagarin, er flog die Erde einmal in der Höhe von 180-330 km um, dieser Raumflug dauerte 108 Minuten lang. 1962 der erste amerikanische Raumflug: man flog 3mal die Erde um • ab 1967: das Apollo-Programm (Raumschiff) in den USA • 1968: die ersten Sonden in der Planetenforschung • 1969 (21. 07.): die erste bemannte Mondlandung (Armstrong, N. und Aldrin, E. in Apollo-11) • 1969-71: die erste Raumstation (Saljut, sowjet) 1973-74: die amerikanische Raumstation (Skylab) 1986: die MIR-Raumstation (sowjet) (schon abgerissen) • 1972-81: die Erzeugung (die Förderung) des SPACE SHUTTLE-Raumflugzeugsystem (NASA) (Columbia, Challanger, Discoverer, Atlantis, Endeavour) • 1990. das HUBBLE-Raumteleskop auf der Bahn um die Erde • Die neue internationale Raumstation (ISS) “FREEDOM” wurde 1998-2002 aufgebaut. Bild I/15. Raumteleskop HUBBLE Bild I/12. Raumschiff GEMINI-2 Bild I/14. Raumstation SKYLAB Bild I/16. Raumsonde VOYAGER Bild I/17. Trägerrakete SATURN Aufgabe 7.: Welche neuen Erfindungen haben in der Weltraumforschung im 20. Jahrhundert eine Wende gebracht? ……………............................................................................................................................................................................. Aufgabe 8.: Beantworte die folgenden Fragen anhand des im Rahmen liegenden Textes! • • • • Wann flog der erste künstliche Satellit und wer erzeugte ihn? Welcher Lebewesen aus der Erde flog zuerst in den Weltraum? Wer war der erste Mensch im Weltraum? Wer war der erste Mensch auf dem Mond? Aufgabe 9.: Wie kannst du künstliche Satelliten ohne Fernglas am Sternenhimmel erkennen? Aufgabe 10.: Füge die angegebenen Wörter in den Lückentext ein! Bitte richtig einsetzen: der | der | kann | werden | den | die | der | der | können | der | der | der | die | kann | die | die | der | der | Praktische Vorteile _ _ _ Weltraumforschung Mit Hilfe _ _ _ astronomischen Raumsonden, Raumteleskope _ _ _ _ _ _ die anderen Planeten, Monde und SterneSternensysteme (z.B. mit Hilfe der Spektralanalyse) untersucht _ _ _ _ _ _ . In _ _ _ wissenschaftlichen Erforschungen spielen die Satellitenaufnahmen über _ _ _ Erde eine wichtige Rolle. Die künstlichen Satelliten erkennen die von _ _ _ Erde aus reflektierten elektromagnetischen Strahlungen (infrarote, ultraviolette usw.), die viele wissenschaftliche Informationen über die Erde mittragen. Auf _ _ _ Auswertung der Satellitenaufnahmen beruhende Forschungsmethode ist _ _ _ Fernerkundung. Die Dateien _ _ _ künstlichen Satelliten helfen z.B. bei der Kraftquellenforschung, _ _ _ Erkennung und Forschung der Umweltverschmutzung, der Schätzung der Ertragsdurchschnitte usw. Die Dateien _ _ _ meteorologischen Satelliten werden für _ _ _ Wetterbeobachtung, -vorhersage, sowie die Klimaforschung angewendet. Mit Hilfe der Fernmeldesatelliten _ _ _ _ man Nachrichten und Informationen rund um _ _ _ Erde tauschen. Die militärischen Satelliten dienen _ _ _ Sammlung von Angaben der Spionage und der militärischen Aufklärung. Mit Hilfe _ _ _ Navigationssatelliten (GPS – Geographical Positional System = geographisches Ortsbestimmungssystem) _ _ _ _ man sich leicht orientieren. 7 Aufgabe 11.: Löse das Kreuzworträtsel auf! Waagerecht: 1) Es kommt zweimal im Jahr vor, wenn der Tag am längsten, die Nacht am kürzesten sind oder umgekehrt. 2) Sie fliegt mit Rückstoß im Weltraum. 3) Ein Planet, der von der Sonne am weitesten entfernt umläuft. 4) Künstlicher Raumkörper um die Erde, der unbemannt ist. 5) Künstliches Raumzeug für die Astronauten 6) Die Sternkunde auf Griechisch. 7) Er sagte in der Neuzeit zuerst aus: Die Erde ist kein Mittelpunkt des Universums. 8) Er arbeitete das beste geozentrische Weltbild-Modell aus. 9) Die Planeten laufen um die Sonne langsamer in der ... herum. 10) Das erste bemannte Raumschiff hieß man ... 11) Das Weltbild, welches ab 17. Jh. vorherrscht. 12) Eine Kraft, die die Umkreisung der Planeten reguliert. 13) Der Zustand ohne Gravitation. 14) Eine der Bewegungen der Erde um die eigene Achse. 15) Ein Planet mit Ringen. 16) Ein astronomisches Phänomen, wenn die Scheibe der Sonne oder des Mondes verdeckt ist. 17) Er entdeckte die 4 Jupiter-Monde. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Aufgabe 12.: Überlege dir, warum die Raumteleskopen bessere Aufnahmen vom Weltall bieten, als die Teleskopen auf der Erde? Gut zu wissen! Mit wem lässt sich das erste überall akzeptierte Weltbild verbinden? Was ist die Essenz dieses Weltbildes? Was war die Essenz des Weltbildes von Kopernikus? Wer entwickelte es weiter? Wem verdankt man die Bewegungsgesetze der Himmelskörper? Wie klingen sie? Womit konnte Galilei es beweisen, dass es neben der Sonne noch weitere Mittelpunkte für die Umkreisung gibt? Womit unterstützte Newton die Kepler-Gesetze? Welche neuen Geräte und Methoden helfen bei der Beobachtung des Universums? II. DIE SATELLITENAUFNAHMEN UND DIE FERNERKUNDUNG Wiederhole dir, was die praktischen Vorteile der künstlichen Satelliten sind! 1957 wurde der erste künstliche Satellit – Sputnik-1 (sowjet) – in den Weltraum gebracht. Seither laufen um die Erde zahlreiche künstliche Satelliten, die vom Raum aus, aus der Höhe von 900-1000 km über die Erde Aufnahmen anfertigen. Es gibt verschiedene künstliche Satelliten um die Erde. Ihrem Umlauf nach unterscheidet man die geostationären Satelliten, die gleich der Rotationsgeschwindigkeit der Erde herumlaufen. Sie sind ständig an gleicher Stelle über der Erde und untersuchen immer das gleiche Gebiet. Es gibt auch die Polarsatelliten, die entlang einem Meridian herumlaufen. Sie fertigen eine Aufnahme immer von anderem Gebiet an und sie kehren von Zeit zu Zeit über das gleiche Gebiet zurück. Bild I/18. Die künstlichen Satelliten um die Erde 1. Was für Aufnahmen fertigt ein künstlicher Satellit an? Bild I/19. Die Erdoberfläche wird abgetastet Man fertigt von einem künstlichen Satellit keine übliche Fotografien an, sondern scannt elektronisch die Erdoberfläche. Die Scanner auf dem Satellit erkennen die Unterschiede der von der Erdoberfläche eintreffenden elektromagnetischen Strahlungen. Diese Strahlungen sind einerseits reflektierte Sonnenstrahlen. Anderseits jeder Körper, dessen Temperatur über 0 °K (- 273 °C) liegt, lässt elektromagnetische Strahlen in verschiedenen Wellenlängenbereichen (sichtbares Licht, infrarotes usw.) aus. Die ausgelassenen Wellenlängen sind von der Temperatur des Körpers abhängig. Das Messgerät ist ein fotoelektronischer Strahlungssensor. Diese Geräte nehmen entweder nur von der Erdoberfläche aus reflektierte natürliche Strahlen – passiv scannen – auf oder der Satellit lässt künstliche Strahlen – die Radarwellen – aus und damit wird die Erdoberfläche abgetastet – aktiv scannen. 8 Die elektronischen Dateien werden durch die Satellitencomputer an die Empfangsstationen auf der Erde geleitet. Sie werden hier in Computern gespeichert und zu Aufnahmen und Auswertung umgeformt. Von den Daten muss man ein sichtbares Bild herstellen: Den verschiedenen Strahlenwerten (Wellenlängenbereichen) sind unterschiedliche Farben (abweichende Farbschattierungen) zugeordnet. Aufgabe 1.: Aus den Kombinationen der Dateien von verschiedenen Wellenlängenbereichen wird sog. ... erstellt. Aber was? Du wirst es wissen, wenn du das Kreuzworträtsel löst! Waagerecht: 1) Ein Gerät, mit dem man normale stehende Aufnahmen über Landschaften anfertigen kann. 2) Solche künstlichen Satelliten, die die Erde entlang eines Meridians umlaufen. 3) Fernrohr anders (fremdsprachlich) gesagt. 4) Der erste, von der UdSSR gestartete künstliche Erdsatellit. 5) Etw. elektronisch abtasten, digitalisieren. 6) Geheimnisvoller Bauwerk (Steinkreise) aus dem Bronzealter in Südengland. 7) Diese Strahlung trägt am stärksten Wärme. 8) Amerikanischer Astronaut, der zuerst auf den Mond trat. 9) Solche künstlichen Satelliten, die ständig an derselben Stelle über der Erde umlaufen. 10) Der Große Wagen, Orion, Cassiopeia sind ... 11) Räumlicher Abstand zweier aufeinander folgender Orte mit gleicher Wellenphase. 12) Amerikanisches Raumforschungsinstitut 13) Ein konkreter Raumfernrohr außerhalb der Erde im Weltraum. 14) Diese Satelliten helfen uns bei der Ortsbestimmung (GPS). 15) Eine Vorrichtung auf dem Objektiv, die nur Lichtstrahlen von einer bestimmten Wellenlänge durchlässt. 16) Ein Gerät, welches elektromagnetische Wellen auslässt, um etwas abzutasten. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Für die Untersuchung der Aufnahmen ist es äußerst wichtig, wie gut die Oberflächenelemente auf den Bildern voneinander zu trennen sind. Es ist eine solche Eigenschaft, durch die sich die Abbildung der beieinander liegenden Details eines Objekts deutlich unterscheiden lässt. Aufgabe 2.: Was ist sie? Du wirst es wissen, wenn du das Rätsel löst! Schreite im Rösselsprung vom Zeichen ☺ an fort! K G S N A☺ U G die Lösung: …………………………………………….. U F I E Ö S I Ä F H L T Bild I/20. Falschfarbenbild Bild I/21. Eine Satellitenaufnahme über Ungarn Der amerikanische Landsat-Satellit fertigt Aufnahmen über ein 185 x 185 km großes Gebiet mit einer Auflösung von 30 m an, der französische SPOT-Satellit über ein 60 x 60 km großes Gebiet mit einer Auflösung von 10 m. 2. Wie wertet man die Satellitenaufnahmen aus? Es gibt eine verhältnismäßig neue Forschungsmethode, durch die wir ohne unmittelbare Wahrnehmung zahlreiche neue Informationen über die Erde erhalten können: DIE FERNERKUNDUNG. Sie beschäftigt sich mit der Auswertung der Satellitenaufnahmen. Sie hat zahlreiche Vorteile, für die Erforschung der Erde bietet sie eine große Hilfe: Sie gibt über ein weit ausgedehntes Gebiet der Erdoberfläche vielseitige Informationen, sie ermöglicht eine ständige Beobachtung eines Gebietes. Die weit voneinander entfernt liegenden Gebiete lassen sich in gleicher Zeit vergleichen, oder die Veränderungen eines Gebietes sind ständig zu beobachten. Bild I/22. Fernerkundung-Kette 9 Aufgabe 3.: Entscheide, ob die untenstehenden Feststellungen richtig (R) oder falsch (F) sind! ….... …… …… …… …… …… …… …… 1. Die künstlichen Satelliten fertigen ausführliche Photos über die Erdoberfläche an. 2. Die künstlichen Satelliten tasten elektronisch die räumlichen Unterschiede der von der Erdoberfläche reflektierten Strahlungen ab. 3. Von den elektronischen Dateien, die die künstlichen Satelliten gescannt haben, fertigt man Falschfarbenbilder an. 4. Nur die zum infraroten Bereich gehörenden Dateien werden von den Satelliten weitergeleitet. 5. Je stärker der Wert der Auflösungsfähigkeit auf den Satellitenaufnahmen ist, desto besser unterscheiden sich die Oberflächenobjekten. 6. Die verschiedenen Werte der Ausstrahlungen tragen die echten Farben. 7. Auf den Falschfarbenbildern ist die Vegetation, die die stärkste Strahlung auslässt, allgemein rötlich, die Wasserflächen, die die Strahlung absorbieren, sind dunkelfarbig. 8. Die Festlegung der Veränderungen ermöglichen die geostationären künstlichen Satelliten, denn sie kehren innerhalb einer bestimmten Zeit über das gleiche Gebiet zurück. Gut zu wissen! Welche praktischen Aufgaben haben die künstlichen Satelliten? Welche Typen der künstlichen Satelliten kreisen um die Erde herum? Welche Aufnahmen fertigen sie über die Erde an? Was bedeutet das passive und aktive Scannen? Wie wird von einer elektronischen Aufnahme zu einem sichtbaren Bild? Warum ist die Auflösungsfähigkeit sehr wichtig? Was ist die Fernerkundung? Welche Vorteile hat die Fernerkundung bei der Erdforschung? III. UNSERE KOSMISCHE UMWELT: STERNE UND STERNSYSTEME 1. Was uns im Weltall umgibt Aufgabe 1.: Was für Größenordnungen sind für unsere kosmische Umwelt typisch? Füge das entsprechende Relationszeichen ein! Für die Lösung der Aufgabe verwende die Abbildungen über den Aufbau des Universums im Schulatlas! ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ der Weltraum die Erde der Andromeda-Sternnebel der Stern das Sonnensystem das Milchstraßensystem die Sonne das Sonnensystem der Planet das Milchstraßensystem Bild I/23. Galaxien Unsere Sonne und ihr Planetensystem, d. h. das Sonnensystem ist ein kleiner Teil eines aus rund 100 Milliarden Sternen bestehenden Systems: DAS MILCHSTRAßENSYSTEM anders die Galaxis. Außer dem Milchstraßensystem gibt es noch etwa 1 Milliarde ähnliche Sternsysteme im Weltall, die als Extragalaxis bezeichnet sind. Die bekannten Extragalaxien, die Sterninseln im Universum bilden nur einen Bruchteil des ganzen Universums. 2. Die weit entfernt liegenden Sonnen: die Sterne Aufgabe 2.: Satzpuzzle – Was sind DIE STERNE? Lege die Satzteile zusammen! ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ……………………………………………………………… Es gibt viel größere und kleinere, heißere und kühlere, ältere und jüngere als unsere Sonne. Diese Eigenschaften sind vor allem von der Masse, von der Größe des Sterns abhängig. 2.1 Wie weit entfernt sind sie von uns? Wegen ihrer unheimlich weiten Entfernung sehen sie wie winzige Fixlichtpunkte am Himmel aus. Wie weit entfernt sie von uns sind, zeigt eine astronomische Entfernungseinheit: das Lichtjahr. Das Licht von unserer Sonne aus trifft innerhalb von 8 Minuten auf die Erde ein. Das Licht von unserem Mond aus trifft 1,3 Sekunden ein. Von Proxima Centauri – der am nächsten liegende Stern – braucht das Licht bis auf die Erde 4,26 Jahre (= 40,5 Billionen km). Andere Sterne gibt es auch in einer Entfernung von mehreren Tausenden, Millionen, ja sogar Milliarden von Lichtjahren. Mit Radioteleskopen empfängt man auch kosmische Strahlen, die von unbekannten Sternensystemen in einer Entfernung von 10-12 Mrd. Lichtjahren stammen. 10 Begriffe: Das Lichtjahr: Die Entfernung, die das Lichtstrahl im luftleeren Raum mit einer Geschwindigkeit von 300 000 km/s in einem Jahr zurücklegt (9,5 Billionen /1013/ km). 2.2 Wie groß sind sie? Der Durchmesser der Sterne ist sehr unterschiedlich, er reicht von paar 100 km bis 100 Mal so groß wie unsere Sonne. Es gibt Zwergsterne oder Titanen (Riesen). Begriffe: Der Zwergstern, der Titan (Riesen), der Wechselstern, der Pulsar, die Nova, die Supernova, der Kollaps, der Neutronstern, das Schwarze Loch, das Farbenspektrum, die Spektralanalyse 2.3 Was für eine Leuchtkraft haben sie? Die Leuchtkraft der Sterne ist auch sehr unterschiedlich, sie ist von ihrer Energieherstellung, von ihren Temperaturen und von ihrer Masse abhängig. (Die scheinbare Leuchtkraft ist auch noch von der Entfernung zu uns.) Es gibt auch Bild I/24. Größe der Sterne Sterne, deren Helligkeit sich ändert, die sog. Wechselsterne. Wenn es sich in regelmäßigen Zeitabständen vollzieht, spricht man über die Pulsare. Wenn ihre Helligkeit innerhalb von einigen Stunden od. einigen Tagen plötzlich um ein Vielfaches zunimmt, spricht man über die Nova. Ist die Masse groß genug, sie explodieren und ein Teil ihrer Masse wird als riesige Gasglocke ins Weltall geschleudert, wodurch sehr viel Energie frei wird, nennt man die Supernova. Die Leuchtkraft der Sterne steht eng mit der Temperatur in Verbindung. Die Sterne, deren Temperatur hoch ist, haben ein blaues Licht, die eine niedrigere Temperatur haben, haben ein rotes Licht. Von der Untersuchung des Lichtes der Sterne – des Farbenspektrums – kann man zu zahlreichen Informationen über die Eigenschaften der Sterne kommen. Z.B. es gibt im Farbenspektrum sog. Absorptionslinien (die Elementen absorbieren das Licht in bestimmten Wellenlängenbereichen), die zu bestimmten chemischen Elementen verbunden werden können, von denen man auf die Stoffe des Sterns folgern kann. Die Forschungsmethode ist die Spektralanalyse. Der Leuchtkraft und dem Farbenspektrum nach lassen sich die Sterne klassifizieren: Die Spektralklassen der Sterne sind B (blau) – BW (blauweiß) – W (weiß) – GW (gelbweiß) – G (gelb) – OG (orangengelb) – R (rot). Unsere Sonne ist ihrer Größe und ihrer Leuchtkraft nach ein gelbweißer Zwergstern. Bild I/25. Farbenspektren bestimmter Sterne 2.4. Wie entstehen und sterben die Sterne? Sterne entstehen in erster Linie durch die Zusammenballung (den Kollaps) von interstellarem Material, Staubund Gaswolken, hauptsächlich Hydrogenwolken. Das sich verdichtende Material erhitzt infolge der Zusammenballung. Ist die Masse groß genug, erreicht die Temperatur den Wert, bei dem die Umwandlung von Hydrogen in Helium beginnt. Nach der Umwandlung eines bedeutenden Teiles des Hydrogens in Helium, wenn dem Stern der „Treibstoff” auszugehen beginnt, spielen sich, entsprechend der Masse des Sterns, verschiedene Vorgänge ab: zuerst stürzt der Sternkern zusammen und seine „Atmosphäre” bläht sich auf, wodurch er zu einem (Roten) Riesen wird. Dann abhängig davon, wie groß die Masse ist, entweder stürzt der Stern in den Weißzwerg zusammen und allmählich verbleicht, oder explodiert als Supernova, und bleibt als ein Sternenrest – Neutronstern – um. Wenn der Stern ursprünglich massereich ist, kann der übrig bleibende Sternenrest zu einem Schwarzen Loch kollabieren. Schwarzes Loch ist ein Objekt im Raum und es hat eine Oberfläche mit so starker Schwerkraft, dass nichts dieses Objekt verlassen kann – nicht einmal Licht. Diese Schwarzen Löcher können bis 15 Mal größer als die Sonne sein. Zwischendurch schleudern sie einen Teil ihrer Stoffe ins Weltall. Aus dem verstreuten Material bilden sich später erneut Sterne, und ihre Entwicklung beginnt von vorne. Aufgabe 3.: Stelle die untenstehenden Feststellungen über die Entstehung der Sterne, in die richtige Reihenfolge! Nach der Umwandlung eines bedeutenden Teiles des Hydrogens in Helium fängt der „Sterntreibstoff” an abzunehmen. Die Entstehung des Universums: „Big Bang”, die Urexplosion vor 15 Milliarden Jahren. Das verdichtende Material erhitzt sich infolge der Zusammenballung. Der Sternkern stürzt zusammen, seine „Atmosphäre” bläht sich auf: er wird ein (Roter) Titan. Zusammenballung der interstellaren Hydrogen- und Heliumwolken. Die Materialmasse wird groß genug und die Temperatur erreicht den Wert, bei dem die Umwandlung von Hydrogen in Helium beginnt. Der größte Teil des Heliums sinkt auch ab, der Stern explodiert (Supernova), oder stürzt in den Weißzwerg zusammen, oder bildet sich in einen Neutronstern um. Das Universumsmaterial entsteht aus Hydrogen und Helium. 11 Aufgabe 4.: a) Suche im Wortfeld astronomische Begriffe! F X S L N E E R Q H Y S Z Z N Z N F V B O S J O C O D K I F P F S T A L M H X A W M Q J Y N E L Y Z W R K V K M W B O R K D F A L O W E I S S E R Z W E R G L P S R M B F I H Q J Z S L U E X E U M E Z J K E B A L K J R J T S U C H S T P S O H T M T E S E N L S S A S U P E R N O V A O M I R V H P D K T K C D C E O R O D U D X C T L N H F 1. …………………………............: …………………. 2. …………………………………: …………………. 3. …………………………………: …………………. 4. …………………………………: …………………. 5. …………………………………: …………………. 6. …………………………………: …………………. b) Auf welche astronomischen Objekten und Begriffe beziehen sich die folgenden Aussagen? Trage ihre Nummer nach dem entsprechenden Begriff! 1. 2. 3. 4. 5. 6. Wenn ein Wechselstern periodisch, regelmäßig aufleuchtet, so nennt man. Wenn im Stern der „Hydrogen-Treibstoff“ auszugehen beginnt, sein Kern stürzt zusammen und seine Atmosphäre bläht sich auf, nennt man so. Nachdem ein massereicher Stern explodiert, bleibt ein Objekt mit extrem hoher Gravitation übrig, so dass noch die Lichtstrahlen es nicht verlassen können. Wenn ein Stern, dessen Masse groß genug ist, plötzlich aufblitzt, explodiert, inzwischen viel Energie frei wird, nennt man so. Den Vorgang nennt man so, inzwischen der Stern zusammenstürzt, anders ist es die Zusammenballung des Sterns. Wenn ein Stern sonnengroß ist, gelangt am Ende seines Lebens in diesen Zustand, verbleicht langsam und allmählich. 5) Sammelaufgabe – Sammle Daten über die folgenden astronomischen Phänomene! Fasse in 5-5 Sätzen zusammen, was man von denen wissen muss! Schwarze Löcher, Rote Riesen, Quasare, Pulsare 6) Zeichne die folgenden Sternbilder in die Kästen ein! Der Große Wagen Orion Drache Cassiopeia 2.5. Die Sterne ordnen sich in Sternsysteme Die Sterne bilden großenteils eine Ansammlung. Systeme aus zwei Sternen sind die Doppelsterne. Sie kreisen um einen gemeinsamen Schwerpunkt in so geringer Nahe zueinander um, dass sie sich gegenseitig gravitativ beeinflussen. Oft sammeln sich die Sterne in Sternhaufen an. Wesentliche Strukturelemente unserer Galaxis sind die offenen Sternhaufen, die relativ lockere Ansammlung unregelmäßiger Gestalt darstellen. Sie enthalten bis zu 1000 Sterne, und ihre Zahl wird auf etwa 15 000 Bild I/26. Die Pleiaden geschätzt. Der bekannteste ist die Pleiaden im Sternbild Stier, der schon mit bloßem Auge gut zu erkennen ist. Es gibt auch Sternenhaufen, die sich kugelsymmetrisch ansammeln: die Kugelsternhaufen. Sie umfassen bis zu einige Millionen Bild I/27. Kugelsternhaufen Sterne. 3. Unsere Sterninsel im Ozean des Universums Sämtliche Sterne, die wir mit bloßem Auge sehen können, gehören zum Milchstraßensystem. Als Milchstraßensystem oder Galaxis bezeichnet man das Sternsystem, in dem sich unsere Sonne befindet. Das Milchstraßensystem ist also die kosmische Heimat der Menschheit. Es beherbergt etwa 100 Milliarden Sterne, darüber hinaus verschiedene Typen von Sternhaufen und interstellare Materie. 12 3.1 Was für eine Gestalt hat das Milchstraßensystem? Das Aussehen eines Sternsystems hängt immer davon ab, aus welcher Sicht man es sieht. Für einen weit entfernten Beobachter würde unser Sternsystem von der Seite wie eine flache linsenförmige Scheibe aussehen. Es erinnert an zwei gegeneinander gestülpte tiefe Teller. In der "Draufsicht" erinnert an eine Schneckenform, die die sog. Spiralgalaxien haben. Es hat einen Durchmesser von 100 000 Lichtjahren. Die Sonne und das Sonnensystem liegen etwa 30 000 Lichtjahre weit vom Mittelpunkt des Milchstraßensystems (dem Kern) entfernt, am inneren Rand eines Spiralarmes, den man Orionarm nennt. Bild I/28. Die Form des Milchstraßensystems aus verschiedener Sicht 3.2 Bewegt sich das Milchstraßensystem? In dem Zentralgebiet liegt eine deutlich höhere Konzentration von Sternen und interstellarer Materie als in den Spiralarmen vor. Damit die Galaxis stabil ist, müssen sich Sterne in der Scheibenebene um den Kern bewegen. Das ganze System gemeinsam mit dem Sonnensystem kreist um den gesamten Schwerpunkt der Galaxis um. Eine Umkreisung auf der Bahn, die 165 000 Lichtjahre lang ist, dauert 250 Millionen Jahre – ein kosmisches Jahr –, obwohl die Bahngeschwindigkeit 250 km/s ausmacht. Außer den Sternen und Sternenhaufen gibt es noch im Milchstraßensystem interstellare Materie aus festen (Staub) und gasförmigen (H2, He, H2O, OH) Teilchen. Wo sich dieses Material verdichtet, bildet sich ein interstellarer Nebel. 7) Welches ist das zu uns am nächsten liegende Sternsystem? Die Antwort findest du im Anagramm! A R D D M O E N …………………… Sternnebel A Es ist eine ebenfalls spirale, aus vielen Milliarden Sternen bestehende Sterninsel. Seine Entfernung vom Sonnensystem beträgt 2 Millionen Lichtjahre Gut zu wissen! Was sind die Galaxis und die Extragalaxis? Was ist das Lichtjahr? Was sind die Sterne? Wie hängen die Masse, die Größe, die Temperatur und die Leuchtkraft von Sternen zusammen? Wobei hilft die Spektralanalyse der Sterne? Wie sind die Sterne geboren? Welche Phasen ihres Lebenslaufes gibt es? Was sind die Sternhaufen? Zu welchem Sternsystem gehört das Sonnensystem? Was für eine Form hat das Milchstraßensystem? Wie bewegt es sich? III. UNSER ZENTRALSTERN, DIE SONNE 1. Der Stern des Sonnensystems Der Zentralstern des Sonnensystems ist die SONNE. Sie ist ein gelbweißer Zwergstern. Sie ist der wichtigste Himmelskörper für das Leben auf der Erde. Auf der Erdoberfläche und in der Erdatmosphäre kommt die Energie der irdischen Prozesse direkt oder indirekt von der Sonne. Sonnenenergie ist in den Kohlearten, im Erdöl und Erdgas gelagert, denn die ehemaligen Pflanzen und Tiere, von denen sie sich gebildet haben, wurden von der Sonnenstrahlung am Leben erhalten. 1,4 Mio. km = 110mal das DURCHMESSER 1.1 Die Physik der Sonne Der Anteil der Sonne an Gesamtmasse des Sonnensystems Bild I/29 Der Sonnengott Re beträgt 99,87%. Wenn man sie als eine Apfelsine betrachtet, ist unsere Erde ein Mohnkorn. Unsere Sonne befindet sich von unserer Erde erheblich weit entfernt – durchschnittlich 149,6 Mio. km. Diese mittlere Entfernung bezeichnet man 1 Astronomische Einheit (AE), die das Licht innerhalb 8 Minuten zurücklegt. MASSE VOLUMEN DURCHSCHNITTLICHE DICHTE TEMPERATUR IM ZENTRUM AUF DER „OBERFLÄCHE“ ROTATIONSPERIODE AM ÄQUATOR AM SONNENPOL SCHWERKRAFT Erddurchmesser 2 x 1030 kg = 333 000mal so schwer als die Erde 1,42 x 1018 km3 = 1,3 Mio. mal so groß wie das Erdvolumen 1,41 g/cm3 = ¼ der Erde ca. 15 Mio. °K ca. 6 000 °K 26 Tage 35 Tage 2,7 x 102 m/s2 = 28mal so groß wie auf der Erde Die wichtigsten physikalischen Daten unserer Sonne 13 Aufgabe 1.: Studiere das Diagramm! Aus welchen Elementen besteht unsere Sonne? Für den stofflichen Aufbau unserer Sonne sind alle chemischen Elemente des periodischen Systems, aber im unterschiedlichen Anteil. Die Gase sind im speziellen Zustand, den man Plasma nennt. Helium 24,79% Die Sonne ist kein unbeEisen Sauerstoff Begriffe: 0,15% 0,80% weglicher Himmelskörper, sie Neon Die Astronomische Einheit: Eine 0,12% sonstige bewegt sich auf verschiedene Stickstoff Kohlenstoff Entfernungseinheit, die mittlere 1,73% 0,10% 0,30% Weise. Sonne-Erde Entfernung, die 149,6 Silizium 0,07% Mio. km beträgt. Sie rotiert in derselben RichMagnesium Wasserstoff 0,05% Das Plasma: Ein spezifischer Zustand 73,48% tung wie unsere Erde. (Ihre RotaSchwefel alle anderen 0,04% der Gase, in dem die chemischen (67 Elemente tion hat Galilei entdeckt.). Sie hat eindeutig Elemente unter extrem hohem Druck identifiziert) aber keinen festen Körper, sie ist und hoher Temperatur eine abnormale 0,10% eine Gaskugel, so dass sie um die Atomstruktur haben und ionisiert sind, so dass sie den Strom gut leiten. vorgestellte Sonnenachse differenBild I/30 Die stoffliche Zusammensetzung unserer Sonne Die differenzielle Rotation: Die ziell rotiert. Oberflächenpunkte der Gaskugel Sie läuft um den gemeinsamen Schwerpunkt des Sonnensystems sowie des rotieren um die vorgestellte Achse Milchstraßensystems herum. In letzterem Falle dauert ihre Umlaufzeit etwa 250 mit ungleicher Geschwindigkeit. Mio. Jahre lang, die Umlaufgeschwindigkeit beträgt ca. 200-250 km/s. 1.2 Was erhitzt die Sonne? Unsere Sonne als ein Stern hat eigene Energieherstellung. Die Energiequelle ist die Kernfusion, die eine thermonukleare Reaktion ist. Dabei wandeln sich bei einer Temperatur von 15 Mio. Grad und einem Druck von über 1016 N vier Wasserstoffkerne in einen Heliumkern um. (In je Sekunde vereinigen sich 600 Mio. t Hydrogen zu Helium. Dabei werden pro Kilogramm erzeugtes Helium 630 Tj Energie frei, wofür ein 1GW-Kernkraftwerk eine Woche lang arbeiten muss.) Bisher wurde nur noch ca. 5 % der Sonnenmasse verbraucht. Ihr Treibstoff wird noch 10 Mrd. Bild I/31 Der „Fusionsreaktor“ im Sonneninneren Jahre lang genügend. Die frei gelassene Energie ist in unterschiedlichen Formen ausgestrahlt. Großenteils verlassen die Sonne elektromagnetische (ultraviolette, Röntgen, Radio, sichtbares Licht, Gamma, infrarote usw.) Strahlungen. Außerdem werden auch elektrisch geladenen Stoffteilchen (freie Elektronen, Protonen, Atomkerne) frei. Diese Teilchenstrahlung nennt man als Sonnenwind, der das Polarlicht in der Erdatmosphäre nahe zu den Polen verursacht. Aufgabe 2.: Schlag nach, wie und warum entsteht das Polarlicht! Bild I/32 Das Polarlicht 1.3 Bau der Sonne im Überblick Die Sonne hat eine Schalenstruktur, die kugelsymmetrisch ist. Sie besteht aus dem Sonneninneren und der Sonnenatmosphäre. Das Sonneninnere lässt sich in drei Bereiche aufteilen. Der Zentralkern ist der Bereich, in dem die Fusion von Wasserstoff zu Helium stattfindet. Aus diesem Bereich stammt demzufolge die frei werdende Sonnenenergie, die von der Oberfläche der Sonne in den umgebenden Raum abgegeben wird. In diesem Kernbereich herrschen eine Temperatur von etwa 15 Millionen Kelvin und ein Druck von etwa 1016 N. Etwa 35 % der gesamten Sonnenmasse sind in diesem Gebiet konzentriert. In der Zone des Röntgenstrahlungstransports wird die im zentralen Bereich freigesetzte Energie nach außen v.a. in Form der Röntgenstrahlung transportiert. Die Dichte und die Temperatur nehmen hier kontinuierlich ab. Die Konvektionszone ist dadurch charakterisiert, dass die Energie in Form von turbulenten Gasströmungen in Richtung Oberfläche transportiert wird. Dabei erfolgt ein Austausch zwischen heißer und kühlerer Sonnenmaterie. Die heißen Gasmassen steigen in Richtung Sonnenoberfläche, so findet ein starker Energiefluss von innen nach außen statt. Dieser Konvektionsprozess zeigt sich an der Oberfläche der Sonne als Granulation. Wie kann man sich die unglaublich hohe Temperatur des Sonneninneren vorstellen? Wenn wir vom Sonneninneren eine Größe von einem Stecknadelkopf herausnehmen würden und in Budapest hinlegen würden, dann seine Wärme würden wir auch noch in Szeged fühlen Die sichtbaren Bereiche der Sonne bilden die Sonnenatmosphäre. Oberhalb der Konvektionszone beginnt die nur etwa 200 km dicke Schicht der Photosphäre. Sie ist der für uns sichtbare Bereich der Sonnenoberfläche. Ihre Elemente sind die Granulen. Die mittlere Photosphärentemperatur, die man auch als effektive Temperatur bezeichnet, beträgt 5-6000 °K. Unmittelbar vor und nach der totalen Phase einer Sonnenfinsternis kann man ein faszinierendes Phänomen beobachten: Für einige Sekunden taucht plötzlich ein glühend roter Ring um den dunklen Mond herum auf. Hier zeigt sich Bild I/33 Die Granulen 14 die mittlere Atmosphärenschicht der Sonne, die Chromosphäre, die Farbenschale. Sie besitzt eine mittlere Höhe von etwa 10 000 km über der Photosphäre. Sie ist eine ionisierte Gasschicht mit geringer Dichte. Die Korona bildet die äußerste Schicht der Sonnenatmosphäre. Sie erstreckt sich über mehrere Sonnenradien in das All hinaus und geht dann kontinuierlich in den interplanetaren Raum über. Die Dichte dieses Strahlenkranzes ist sehr gering. Bild I/34 Die Korona Aufgabe 3.: Führe die Bereiche der Sonne in die Abbildung ein! Aufgabe 4.: Unterstreiche im Text 1.3 1-1 Sätze, die für die einzelnen Bereiche der Sonne am typischsten sind! 1.4 Aktivitätserscheinungen der Sonne Auf der Sonne sind verschiedene Aktivitätserscheinungen zu beobachten. Diese verschiedenen Aktivitätserscheinungen sind teilweise miteinander verbunden und treten periodisch auf. Es ist eine gewisse Periodizität zu beobachten, die bereits um 1843 entdeckt wurde: Im Abstand von etwa 11,1 Jahren tritt ein Maximum der Sonnenaktivität auf. Bild I/35 Der strukturelle Aufbau der Sonne Aufgabe 5.: Suche im Wortfeld die Erscheinungen der Sonnenaktivität! Schreibe sie an das passende Bild! J Z V P B H S O F E S O A O K W J M W R J N P N X U E Bild I/36 ................................... B O H N C N L S M Y T Y E L E R O G J U Z N X N N N Q N T B B E R K H E E R U G U J F L E N M J N E N O E Y P M H A N Z E Q K P T I H X Q C K E K H B F A C R N K Bild I/37 .................................. Q E K O Q N G K C Q N S N L S Z E U G V I E C X B L L H P Q N O V K N T Bild I/38 .................................. Aufgabe 6.: Zu welchen Erscheinungen lassen sich die folgenden Feststellungen verbinden? ▪ ▪ ▪ ▪ Faserartige Aufhellungen der Photosphäre und Chromosphäre, verdichtete Plasmawolken, die nahe zu den Sonneflecken auftreten.: ......................... Phänomene auf der Sonnenoberfläche, sie sind infolge der niedrigeren Temperatur dunkle Gebiete mit dem Durchmesser von 1000 bis 10 000 km, sie treten allgemein in Gruppen auf.: ............................... Sie werden als Fler (Auswürfe) bezeichnet, sie sind Helligkeitsausbrüche, bei denen das Plasma in die Höhe aufsteigt.: ................................... Sie sind Gas- und Plasmabrücke, die zungen- oder bogenartig weit über die Chromosphäre in die Korona hineinragen.: .................................... 1.5 Einfluss der Sonne und der Sonnenaktivität auf die Erde Einen Einfluss haben wir bereits erwähnt: Die zwischen Sonne und Erde bestehende GravitationsWechselwirkung zwingt die Erde dazu, um die Sonne in einer geschlossenen Bahn zu kreisen. Von den physikalischen Einflüssen, die von der Sonne ausgehen, hängt die Entwicklung der Erde und des gesamten irdischen Lebens ab. Die Sonnenstrahlung sichert Energie für die Erde. Eine Hauptrolle spielt die Sonne auch bei der Gestaltung des Klimas und des Wirtschaftslebens. Unsere wichtigsten Energieträger, Steinöl, Erdgas und Steinkohle sind „gespeicherte Sonnenenergie”. Sogar ist sie eine der sog. alternativen, erneuerbaren Energiequellen. Im übertragenen Sinne bewegt die Sonnenenergie unsere Wasserkraftwerke und ist Quelle für die Bewegungsenergie der 15 Wasser- und Luftmassen. Die Sonnenstrahlen sind unentbehrlich für die „chemische Küche” (Photosynthese) der Pflanzenwelt. Aber die Sonnenstrahlen wie die UV-Strahlen sind schädlich, sie zerstören die Zellen, ergeben Krebs. Man kennt inzwischen eine Reihe von Erscheinungen, die in engem Zusammenhang mit der Sonnenaktivität stehen. Diese Erscheinungen betreffen hauptsächlich das Magnetfeld der Erde. Es kommt zu Magnetstürmen, die zu Schwankungen von Stärke und Richtung des Erdmagnetfeldes führen. Durch Änderung der Ionen- und Elektronendichte, vor allem in den leitenden Schichten der Erdatmosphäre, kann es zu Störungen des Funkverkehrs kommen. In die Oberatmosphäre eindringende geladene Teilchen des Sonnenwindes lösen Polarlichter aus, die vor allem in polnahen Gebieten zu beobachten sind. Gut zu wissen! Welches Objekt ist die Sonne im All? Aus was für Stoffen besteht die Sonne? Was für einen speziellen Aggregatzustand hat die Sonne? Wie bewegt sich die Sonne? Welcher Vorgang sichert die Energieherstellung in der Sonne? Was ist typisch für den strukturellen Aufbau der Sonne? Was für eine Struktur hat die Sonne? Welche Aktivitätserscheinungen sind für die Sonne typisch? Welchen Einfluss übt die Sonne auf das Leben auf der Erde aus? IV. UNSERE KOSMISCHE HEIMAT: DAS SONNENSYSTEM 1. Allgemein über das Sonnensystem Ein kleiner Bruchteil des aus mehr als 100 Mrd. Sternen bestehenden Milchstraßensystems ist unser SONNENSYSTEM, in dem die verschiedenen Objekten (Himmelskörper) durch die Gravitation der Sonne als Zentralstern auf ihrer Umlaufbahn gehalten sind. So ist ihre Bewegung von der Anziehungskraft der Sonne reguliert. Es liegt etwa 30 000 Lichtjahre weit entfernt vom Mittelpunkt des Milchstraßensystems. 1.1 Welche Himmelsobjekte gehören dem Sonnensystem an? Es umfasst die Sonne als einen einzigen Zentralstern und die sie Bild I/36 Die Nachfolger der Sonne umkreisenden größeren und kleineren Himmelskörper. Im Raum zwischen diesen Himmelsobjekten gibt es interplanetare Materie – Staubteilchen und Gaswolken. Aufgabe 1.: Löse die Anagramme auf, dann ordne die Objekten richtig den Bildern zu! T E E M O E R E T K E M 1. N A O L N I E N D D E P P O O T E 2. M N N E N L O R G A T E ß 3. 4. 5. 1.2 Was ist für das Sonnensystem allgemein typisch? Was sein stofflicher Aufbau betrifft, es besteht aus den chemischen Elementen des periodischen Systems. Aber die Elemente stehen bei den verschiedenen Objekten im unterschiedlichen Verhältnis. 16 Wie es schon früher erwähnt wurde, der Anteil der Sonne an Gesamtmasse des Sonnensystems 99,87% beträgt. Wenn man die Sonne als eine Apfelsine betrachtet, ist unsere Erde ein Mohnkorn. Die Oberfläche der Erde auf der Oberfläche von Jupiter wäre so groß, wie auf der Erde die Vorderindische Halbinsel, maßstäblich gesehen. 1.2.1 Wie bewegen sich die Himmelskörper im Sonnensystem? Die Planeten – wie es schon Kepler festgestellt hat – kreisen die Sonne auf Ellypsenbahnen um. Die Umlaufbahnen sind allgemein kreisähnlich, aber es gibt solche Objekte – wie die Kometen oder die Planetoiden –, die auf stark verlängerten Ellypsenbahnen umlaufen. Die Umlaufebenen der Planeten fallen nicht zusammen, sie schließen im Vergleich zueinander einen Winkel von paar Grad Bild I/37 Umlaufbahnen der Planeten ein. Die Richtung der Umkreisung der Planeten ist aber gleich, sie kreisen Begriffe: Die direkte Bewegung: In der entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn. Es Astronomie bezeichnet man so die nennt man direkte Bewegung. Bild I/36 Größenordnung im Sonnensystem Richtung der Rotation um die eigene Die Planeten drehen sich um die Achse oder der Umkreisung um die eigene Drehachse auch in direkter Richtung – von Westen nach Osten – Sonne, wenn sich ein Planet ausgenommen Venus und Uranus, die sich im Uhrzeigersinn drehen. Die entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt. Rotationsperioden sind sehr unterschiedlich. Die Drehachsen der Planeten sind nicht senkrecht, sondern neigen sich zu den Umlaufebenen. Diese Achsenneigung ist unterschiedlich. Die Planeten kreisen die Sonne unterschiedlich weit entfernt um. Um die Entfernungen im Sonnensystem zu messen, ist das Lichtjahr nicht entsprechend. (Der Halbmesser des Sonnesystems beträgt ca. 2 Lichtjahre.) Man wendet lieber die Astronomische Einheit dazu an, die das Licht in 8 Minuten zurücklegt. Die Entfernung von Pluto von der Sonne beträgt ca. 40 AE. 2. Die Begleiter der Sonne 2.1 Die Großplaneten Die altertümliche Bezeichnung „Planet“ (griechisch „plané“ übersetzt die Schweifenden) deutet darauf hin, dass sie sich unter den sog. „Fixsternen“ am Himmel bewegen. Die Astronomen in Babylon haben mit bloßem Auge schon fünf entdeckt: Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn. Uranus – wurde nur im 18. Jh. (1781, von W. Herschel) entdeckt. Neptun wurde 1846, Pluto nur 1930 bekannt. Die Gesamtmasse der Großplaneten ist 447mal so groß wie die Erdmasse. Aufgabe 2.: Studiere die Tabelle, dann antworte auf die Fragen! Planet Anzahl seiner bekannter Monde Durchmesser (in km) Dichte (g/cm3) Masse (Erde = 1) Volumen (Erde = 1) Mittlere Sonnenentfernung (AE, Erde = 1) Rotationsperiode Achsenneigung Durchschnittliche Temperatur (°C) Merkur 0 4 880 5,43 0,055 0,06 0,3871 Venus 0 12 104 5,25 0,815 0,88 0,7233 88 Tage 59 Tage 1° - 180 – +430 224,7 Tage 243 Tage 3° Erde 1 12 756 5,52 1,0 1,0 1,0 +470 365,26 Tage 23 St 56 M 4 S 23,5° +15,7 1,5237 687 Tage 24 St 37 M 23 S 24° - 32 Umlaufzeit 6 787 3,95 0,108 0,15 0,1 – 1025 2–7 0,0010,0006 ? Jupiter 28 142 800 1,33 317,9 1 400 5,203 11,86 Jahre 9 St 50 M 30 S 3° -130 Saturn 30 120 000 0,71 95,2 755 9,539 29,46 Jahre 10 St 14 M 26,6° -180 Mars 2 Planetoiden (ca. 100 000) Uranus 21 51 800 1,2 14,6 67 19,18 84,01 Jahre 23 St ± 2 St 82° -200 Neptun 8 49 500 1,62 17,2 58 30,06 164,8 Jahre 22 St ±4 St 28,6° -210 (Pluto 1) 2 400 2,0 0,0025 0,007 39,44 247,7 Jahre 6 Tage 9 St ? -230 a) Welche zwei-zwei Planeten haben einen gleichen Durchmesser? ....................................................................... .................................................................... b) Welcher Planet hat den Durchmesser und die Masse, die der Erde am besten gleichen? .................................... c) Welcher Planet bewegt sich (rotiert und kreist um) etwa so lang, wie die Erde? ................................... d) Welcher Planet hat die höchsten Temperaturen? ...................................................... 17 Die Großplaneten lassen sich hinsichtlich ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften in zwei Gruppen einteilen. Aufgabe 3.: Fülle die Tabelle mit den angegebenen Ausdrücke aus! größer │ größer│ größer │ kleiner│ kleiner │ kleiner │ langsamer │ schneller │ < 2 A.E. │ > 5 A.E. │ N2, O2, CO2, H2O │ H2, He, CH4, NH3 │ aus den Kugelschalen: feste Kruste, Fe-Ni-Kern│ aus den Kugelschalen: gasförmig │ die Einschlagskrater, die Gebirge und Becken │ nicht fest │ arm: 3 Monde │ reich: > 60 + Ringe ERDÄHNLICHE, GESTEINSPLANETEN ............................................ JUPITERÄHNLICHE, GASPLANETEN ...................................... die durchschnittliche Dichte die Masse der Durchmesser die Rotationsgeschwindigkeit die mittlere Sonnenentfernung die Atmosphäre die Innenstruktur die Oberfläche die Monde Aufgabe 4.: Steckbriefe der Großplaneten! Mit welchem Planet sind sie zu verbinden? Auch Ordne sie dem entsprechenden Bild zu! Man heißt mich auch „Morgen- und Abendstern“, eigentlich falsch. Ich habe eine starke Atmosphäre v.a. aus CO2, durch die der Treibhauseffekt sehr stark ist. Auf meiner Oberfläche sind die Temperaturen sehr hoch (über 450 °C). Ich drehe mich um die Achse, sowie Uranus, im Uhrzeigersinn. Ich bin ein Riesenplanet. Ich besitze die meisten bekannten Monde im Sonnensystem, sogar der größte (Titan, so groß wie Merkur) hat eine Atmosphäre. Meine eigenartige Sehenswürdigkeit ist das Ringsystem, das aus kleineren und größeren Stein- und Eisstücken besteht. Ich bin auch ein Riesenplanet, ein echter Titan. Ich rotiere um die Achse am schnellsten. In meiner Atmosphäre wechseln sich hellere und dunklere Streifen und befindet sich ein riesiger Wirbelsturm, der Rote Fleck. Meine 4 größten Monde hat Galilei entdeckt. Ich bin der rote Gesteinsplanet. Man nennt mich als der kleinere Bruder der Erde. Auf meiner Oberfläche befinden sich u.a. flussähnliche Täler, Ebenen und die höchste Erhebung im Sonnensystem, ein Vulkan (Mons Olympus). Meine Pole sind mit Trockeneis (CO2-Eis) bedeckt. Man nennt mich als „Blauer Planet”, weil vom Weltall so sichtbar bin. Nur auf mir gibt es Leben, das das flüssige Wasser und die entsprechende Sonnenentfernung ermöglichen. Meine Oberfläche ist sehr aktiv, sie entwickelt sich ständig. Ich habe nur einen Mond. Ich bin auch ein Riesenplanet. Meine Atmosphäre leuchtet blau, denn sie besteht u.a. aus Methan. In meiner Atmosphäre befindet sich der Große Dunkle Fleck, ein Wirbelsturm. Bild I/37 Die Großplaneten 18 Ich bin auch ein Riesenplanet. Meine starke Atmosphäre besteht v.a. aus H2 und He. Ich drehe mich um die Drehachse – die sich auf die Umlaufebene im Winkel von 87° neigt – im Uhrzeigersinn, also umgekehrt wie die anderen Planeten. Ich kreise zunächst die Sonne um. Ich bin ein Gesteinsplanet, der über keine Atmosphäre verfügt. Auf meiner Oberfläche gibt es zahlreiche Einschlagskrater und Becken. Ich habe keinen Mond. Auf mir ist der Tag am längsten und die Jahr am kürzestem im Sonnesystem. Mich betrachtet als der äußerste Planet. Heute glaubt man so, dass ich und mein Mond Charon nur Planetoiden sind. Ich habe die am stärksten verlängerte Ellypsenbahn, so dass ich manchmal näher zur Sonne laufe als Neptun. 2.2 Die Kleinkörper im Sonnensystem Zu den „Winzigen” des Sonnensystems gehören die Planetoiden, die Monde, die Kometen und die Meteore. Sie sind allgemein nur im Vergleich zu den Großplaneten winzige Himmelsobjekte, aber es gibt auch größere unter ihnen, als ein Planet. 2.2.1 Die Planetoiden Sie werden falsch Asteroiden (lateinisch Sternchen) genannt, denn sie haben keine eigene Energieherstellung wie die Sterne. Die meisten Planetoiden befinden sich in einem Abbruchgürtel, der sich zwischen den Mars- und Jupiterbahnen erstreckt. Es gibt geschätzt mehr als 100 000 Planetoiden. Seit den 1990er Jahren wurden mehr als 400 Planetoiden entdeckt, die aber jenseits der Umlaufbahn von Neptun umkreisen. Derjenige, der sich am weitesten entfernt von der Sonne befindet, läuft jenseits der Plutobahn (sein Durchmesser beträgt 200 km) um. Die Form ihrer Umlaufbahnen ist sehr unterschiedlich. Es gibt z.B. die Erdbahnkreuzer, die die Erdbahn durchqueren. Es ist ein echtes Gefahr – aber mit geringer Wahrschein- Bild I/38 Planetoid lichkeit –, dass sie und die Erde aufeinander prallen können. Ihre Gestalt ist auch unterschiedlich, sie haben keine Kugelform. Der größte von ihnen ist Ceres (sein Durchmesser ist etwa 1000 km). Was ihre Entstehung betrifft, es gibt zwei Theorien: Einiger nach wegen eines unbekannten Grundes hat es nicht angefangen, sich das interplanetare Material zu einem Planet zusammenzuballen. Man hat die Vermutung, dass sie Vorläuferobjekte aus der Frühphase des Sonnensystems sind. Der anderen nach hat ein ehemaliger Planet vor vielen Jahrmilliarden wegen der Gravitationskraft anderer Großplaneten explodiert, und seine Abbrüche bilden den Asteroidengürtel. 2.2.2 Die Satelliten (die Nebenplaneten) Es gibt mehr als 80 bekannte Satelliten (Monde). Merkur und Venus haben keinen, Jupiter und Saturn haben insgesamt mehr als 50. Sie sind Nebenplaneten, die eigenen Großplanet umkreisen. Sie haben auch kein eigenes Licht, sie reflektieren das Sonnenlicht. Die berühmtesten sind neben unserem Erdmond die Galilei-Monde von Jupiter: Io (Er ist eigenartig, darauf ist Schwefelvulkanismus tätig), Europe, Ganymed (der größte im Sonnensystem) und Callisto. Titan von Saturn – der etwa so groß ist wie Merkur – ist der einzige Mond, der über eine bedeutende Atmosphäre verfügt. Wissenswert ist auch Triton von Neptun. Er läuft in indirekter Richtung auf einer Spiralenbahn um Neptun herum. Es bedeutet, dass er in etwa 100 Mo. Jahren in eigenen Planet einschlägt. Bild I/39 Io Bild I/40 Europe Bild I/41 Ganymed Bild I/42 Callisto 2.2.3 Die Kometen Die Bezeichnung Komet bedeutet „irgendwelche haarige Sache”. Schon von alters her gehören die Kometen zu den mit Ehrfurcht beobachteten Himmelskörpern. Durch ihr spektakuläres und unvorhersehbares Erscheinen führten sie oft zu Furcht und Schrecken unter den Menschen. Kometen sind Eiskörper mit Gesteinskern, die in Sonnennähe Gas- und Staubteilchen freisetzen, aus denen sich unter dem Einfluss des Sonnenwindes ein gewaltiger und gut sichtbarer Schweif entwickeln kann. Ihr Entstehungsbereich ist wahrscheinlich die Oort-Wolke an der Grenze des Sonnensystems. Sie sind nur in der Sonnennähe sichtbar. Infolge der gravitativen Wechselwirkungen zwischen den Himmelskörpern kommt es immer wieder dazu, dass Kometenkerne in das innere Sonnensystem gelangen. Gelegentlich werden diese Himmelskörper durch massereiche Planeten abgelenkt und auf unterschiedliche Bild I/43 Darstellung eines Kometen Bahnen, die unterschiedliche Neigungen zur Hauptebene des Planetensystems haben, gezwungen. Die Bahnen der Kometen sind zum Teil lang gestreckte Ellypsen (ca. 42 % der bekannten Kometen), zum Teil parabolische (43 %) und hyperbolische Bahnen (15 %). Kometen, die in bestimmten Zeitabständen immer wieder zu beobachten sind, nennt man periodische Kometen, die ihrerseits wieder in kurzperiodische und langperiodische Kometen unterteilt werden. Der bekannteste ist der Komet Halley mit einer Umlaufzeit von 76,1 Jahren. Daneben gibt es auch Kometen, die nur einmalig registriert werden. Sie heißen nichtperiodische Kometen. 19 Aufgabe 5.: Erstelle eine Mind Map! Sie entstehen in der …………………………… Umlaufperiode e KOMETEN Umlaufbahn Ein Komet besteht aus einem festen Kern mit einem Durchmesser von 100 m bis maximal etwa 100 km. Dieser Bereich besteht aus Gesteinstrümmern, die mit gefrorenem H2O, NH3 und CH4 durchsetzt sind. Deshalb bezeichnet man Kometen manchmal auch als "schmutzige Schneebälle". Bei Annäherung eines Kometen an die Sonne auf etwa 10 AE bis 5 AE ist er im reflektierten Sonnenlicht zu sehen. Die Wärme der Sonne bewirkt das Auftauen und Verdampfen von gefrorenen Gasen (CO2, H2O, H2, CH4, NH3), und es entsteht eine neblige Wolke um den Kern, die Kernatmosphäre oder Koma genannt wird. Der Komadurchmesser hängt von Abstand des Kometen von der Sonne ab und kann bis zu 100 Erddurchmesser groß sein. Das Sonnenlicht wird am Staub in der Koma reflektiert oder regt das Gas zum Leuchten an. Der Komet wird für irdische Beobachter sichtbar. Kommt der Komet der Sonne auf mindestens 2 AE nahe, dann bilden sich durch den Strahlungsdruck der Sonne und durch den Sonnenwind ein auffallend heller Gasschweif und ein manchmal gar nicht sichtbarer Staubschweif aus. Der bis Bild I/43 Bahn eines Komets zu 1 AE lange Gasschweif, der blau leuchtet, ist immer von der Sonne weg gerichtet. Der Staubschweif reflektiert lediglich das Licht der Sonne, erscheint also meist gelblich. Aufgabe 6.: Nenne die Teile eines Kometen! Bemerkenswert waren die Versuche, mithilfe von Raumsonden diesen Kometen genauer zu untersuchen. 1986 wurde der Kernbereich des Kometen von der Sonde "Giotto" aus relativ geringer Entfernung fotografiert. Der letzte helle Komet war im Frühjahr 1997 zu beobachten. Er wurde nach seinen beiden Entdeckern Komet HALE-BOPP genannt. Sein geringster Abstand von der Erde betrug etwa 194 Millionen Kilometer, sein Kerndurchmesser ca. 40 km. 2.2.4 Die Meteore Meteore sind die auf einer Umlaufbahn um die Sonne befindlichen Stein- oder Metallobjekte als Kleinstkörper. Als Eisenmeteore werden Objekte bezeichnet, die hauptsächlich aus Fe-Ni-Legierungen bestehen. Dabei kann der Nickelanteil zwischen 5% und 60% schwanken. Solche Legierungen kommen übrigens in irdischen Mineralien nicht vor. Der größte Eisenmeteorit der Erde liegt in Hoba West in Namibia. Der bekannteste ist der Kaba-Stein. Hauptsächlich aus Gestein bestehen die Steinmeteore. In ihrer Zusammensetzung ähneln sie der Kruste und dem Mantel der erdähnlichen Planeten. Als Steineisenmeteore bezeichnet man Objekte, die eine Zwischenstellung zwischen Eisenund Steinmeteoren einnehmen. Man kann sie sich als Gemisch aus Eisen und felsenartigem Gestein vorstellen. Die unterschiedlichen Strukturen und chemischen Zusammensetzungen legen nahe, dass die Meteore zu verschiedenen Zeiten und an verschiedenen Orten im Sonnensystem entstanden sind. Sie spiegeln die Frühphase des Sonnensystems wider. Als Meteoriten („Sternschnuppen“) werden im engeren Sinn alle zur Erde gefallenen kosmischen Kleinstkörper bezeichnet. Ein Teil der „vom Himmel abfallenden Gesteinen“ verglüht in der Atmosphäre, die in die Erdoberfläche einschlagenden Teile sind Meteoriten bezeichnet. Die größeren ergeben einen Einschlagskrater auf der Erdoberfläche – wie auf Merkur oder dem Erdmond. Bild I/43 Barringer-Krater in Arizona 20 Aufgabe 7.: Erstelle eine Mind Map! „Sternschnuppe“ Typen METEORE Auf der Erdoberfläche Aufgabe 8.: Welche Aussage ist richtig? Kreise den entsprechenden Buchstaben ein! A. Jeder Meteor ist ein Meteorit. B. Jeder Meteorit ist ein Meteor. Aufgabe 9.: Was ist für die Meteore und für die Meteoriten typisch? Führe den entsprechenden Buchstaben vor die Feststellungen ein! A) der Meteor B) der Meteorit C) alle beide D) keiner von ihnen 1. Sie bestehen aus Gesteinstrümmern, die von gefrorenem Wasser, den gefrorenen Gasen (CH4, NH3) verklebt sind. 2. Sie sind auf die Erde heruntergefallene Stücke der Kleinstkörper. 3. Sie bestehen aus Gesteinen und/oder aus Metallverbindungen (Fe, Ni). 4. Sie glühen, wenn sie in die Erdatmosphäre hineingelangen. 5. Sie sind die „Sternschnuppen“. 2.3 Wie ist das Sonnensystem entstanden? Aufgabe 10.: Vervollständige den Lückentext! Bitte richtig einsetzen: Kernreaktionen | Nähe | Rotation | Sonnennähe | Schwerkraft | Abflachung | Urwolke | Gravitationskraft | von | Masse | Wolke | Staub | Ebene | unseres | Eis | Vorfahren | Gashüllen | Rotation | Kraft | Elementen | Objekten | Planeten | Inneren | Brocken | erdähnlichen Der Ursprung _ _ _ _ _ _ _ Sonnensystems ist eine gigantische, wirbelnde _ _ _ _ _ aus Gasen (Wasserstoff, etwas Helium) und _ _ _ _ _ (Eiskristalle, Oxyden, Kohlenstoff und einigen schweren Elementen wie Eisen). Diese riesige Staubwolke begann vor ca. 4,5-5 Milliarden Jahren aufgrund ihrer eigenen _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ sich zusammenzuziehen und dadurch immer schneller zu rotieren, was zu einer _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ der Wolke führte. Durch die _ _ _ _ _ _ _ _ heizte sich die flache Wolke auf. Druck und Temperatur nahmen im Zentrum so stark zu, dass _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ (Fusion) in Gang gesetzt wurden, die zur Entstehung des _ _ _ _ _ _ _ _ _ der Sonne führten. Nachdem der die Sonne umgebende Staub verdampft war, kondensierten weniger flüchtige _ _ _ _ _ _ _ _ _ wie Eisen und Silizium und bildeten feste Verbindungen. Die Materie, die sich verflüchtigt hat, wurde in den äußeren Bereichen des Sonnensystems zu _ _ _ . So blieben die schweren Elemente in _ _ _ _ der Sonne und die leichteren, wie Eis, sammelten sich dementsprechend weiter entfernt _ _ _ der Sonne. Die festen Staubteilchen hafteten an sich zu größeren _ _ _ _ _ _ _ _ , den so genannten Protoplaneten mit einem Durchmesser von bis zu 10km. Diese Objekte wirbelten um die noch junge Sonne herum und stießen dabei mit großer _ _ _ _ _ aufeinander. Sie ordneten sich aufgrund der _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ nach jedem Zusammenstoß an größere _ _ _ _ _ _ _ an. Dies führte zur Bildung von Planetoiden, viel größeren Objekten, die sich dann wiederum zu unseren heutigen _ _ _ _ _ _ _ _ zusammenschlossen. Da die Protoplaneten in _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ meist aus felsigem Material von höherer Dichte bestanden, befinden sich im inneren Sonnenssystem auch nur Planeten mit solchen Eigenschaften, die inneren _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Planeten. Die äußeren jupiterähnlichen Planeten sind erheblich größer als die _ _ _ _ _ _ _ , da ihre gasförmigen Bestandteile einen größeren Anteil an der "_ _ _ _ _ _ _ " hatten, als feste Substanzen. Als die äußeren Planeten genügend _ _ _ _ _ hatten, zogen sie aus der die Sonne umkreisenden Wolke die darin noch verbleibenden Wasserstoff- und Heliumreste an, die dichte _ _ _ _ _ _ _ _ _ um sie bildeten. Aufgrund der _ _ _ _ _ _ _ _ der flachen Wolke befinden sich die Bahnen der Planeten annähernd in derselben _ _ _ _ _ . Gut zu wissen! Welchen Teil des Weltalls gehört zur Sonnensystem? Welche Himmelsobjekte gibt es im Sonnensystem? Wie bewegen sich die Himmelskörper im Sonnensystem? In welche Gruppen lassen sich die Großplaneten unterteilen? Was sind für die Planetengruppen allgemein typisch? Was sind die wichtigsten Merkmale der einigen Großplaneten? Wo ist der sog. Asteroidengürtel im Sonnensystem zu finden? Was für ein Himmelsobjekt ist der Komet? Was sind seine Teile? Wie bildet sich die Koma und der Schweif? Was ist der Unterschied zwischen dem Meteor und dem Meteorit? Wie ist das Sonnensystem nach der weltweit akzeptiertesten Theorie entstanden? 21 V. UNSER NACHFOLGER: DER ERDMOND „Das ist ein kleiner Schritt für einen Menschen, aber ein riesiger Sprung für die Menschheit” – sagte Neil Armstrong, als er den Mond am 21. Juli 1969 betrat (Apollo-11). Bild I/44 Auf dem Mond Bild I/45 Spur von Armstrong Bild I/46 Mondsonde Bild I/47 Mondmobil 1. Allgemein über dem Mond Unser Nachfolger, der Mond ist der sechstgrößte Satellit (Nebenplanet) im Sonnensystem. Seine Entfernung zur Erde beträgt im Durchschnitt MASSE 384 000 km, die das Licht innerVOLUMEN halb 1,3 Sekunden zurücklegt. In OBERFLÄCHE dieser Position ist er etwa so groß DURCHSCHNITTLICHE sichtbar wie die Sonne. Seine DICHTE 1,62 m/s2 = 1/6 so klein wie auf der Oberfläche ist so groß wie die SCHWERKRAFT Erde Gesamtfläche von Afrika und Die wichtigsten physikalischen Daten unseres Mondes Bild I/48 Der Erdmond Australien. Aufgrund seiner verhältnismäßigen Nähe ist er der einzige fremde Himmelskörper, der bisher von Menschen betreten wurde, und damit auch der am besten erforschte. DURCHMESSER 3476 km = 27 % (1/4) des Erddurchmessers 7,34 x 1022 kg = 81mal so klein wie die der Erde 22 x 109 km3 = 2,03 % der Erde 38 Mio. km2 = 13,5mal so klein wie die der Erde 3,34 g/cm3 = 60 % der Erde 1.1 Wie bewegt sich der Mond? Bild I/49 Das Erde-Mond-System Das Erde – Mond-System lässt sich als ein Doppelplanet betrachten. Sie umkreisen den gemeinsamen Schwerpunkt. Die Umlaufbahn des Mondes ist in guter Annäherung eine Ellipse, worauf er sich in der Erdnähe 363 000 km weit entfernt, in der Erdferne 405 000 km weit entfernt befindet. Die Mondbahn ist gegen die Ekliptik (Erdbahn) im Winkel von ca. 5° geneigt. Seine Umlaufgeschwindigkeit beträgt etwa 1 km/s. Der Mond umkreist die Erde von Westen nach Osten, in direkter Richtung. Die Umlaufperiode dauert 27 1/3 Tage lang. Bild I/50 Die Bahnebene der Erde und des Mondes Es ist interessant, dass der mittlere Abstand zwischen dem Mond und der Erde jährlich um etwa 3,8 cm wächst. Es ist eine Folge der Gezeitenkräfte, die der Mond auf der Erde bewirkt. Er rotiert um die eigene Achse auch entgegen dem Uhrzeigersinn, im Drehsinn mit dem auch die Erde rotiert. Die Rotationsperiode ist der Umlaufperiode gleich. Das heißt, bei einem Umlauf um die Erde dreht er sich genau einmal um die eigene Achse. Es nennt man im Verhältnis zur Erde eine Begriffe: gebundene Rotation. Es verdankt der Mond der Gezeitenwirkung, die durch Die gebundene Rotation: Wenn die die Gravitationswechselwirkung zwischen der Erde und dem Mond entsteht. Rotationsperiode eines NebenplaAuch auf dem Mond wechseln die Tageszeiten einander ab, ein Tag – so wie neten um die eigene Achse der eine Nacht – dauert zwei Wochen lang. Deshalb ist die TemperaturUmlaufperiode um den Planeten schwankung zwischen der Tages- und Nachtseite so hoch. gleich ist. Aufgabe 1.: Was hat die gebundene Rotation des Mondes zur Folge? ................................................................................................................................................................................................. 1.2 Welche Lichtgestalten hat der Mond? Er hat reflektiertes Licht, d.h. er wirft das Sonnenlicht zurück. Seine Begriffe: Reflexionsfähigkeit (die Albedo) beträgt ca. 7 % (gleich der Asche). Dieser Die Albedo: Die Reflexionsfähigkeit eines Körpers, bedeutet das Verhältnis Wert ist etwa so wenig wie von Merkur. zwischen einfallendem und reflekWenn jemand den Mond im Laufe eines Monats beobachtet, kann sehen, tiertem Licht (lateinisch „Weißheit“) dass sich die sichtbare Mondscheibe ständig verändert. Das Aussehen des Mondes variiert im Laufe seines Bahnumlaufs. Diese Veränderungen der Lichtgestalt nennt man Mondphasen. 22 Die Lichtgestalten des Mondes sind nur Schein von der Erde aus gesehen, weil eine Hälfte des Mondes, die der Sonne zugewandte Seite, immer beleuchtet ist. Wegen der Veränderung der wechselseitigen Lage von Sonne, Erde und Mond sind die Mondphasen sichtbar, aber nur von der Erde aus. Die Mondphasen sind: Der Neumond (Position 8), wenn der Mond zwischen der Sonne und der Erde steht und die der Erde zugewandte Mondseite dunkel ist. In paar Tagen ist schon die schmale zunehmende Mondsichel zu sehen (Position 1), die immer dicker wird (D-Form). Der zunehmende Mond ist nur abends sichtbar. In einer Woche ist ein Halbmond zu sehen (Position 2), den man als das erste Viertel nennt. Es nimmt allmählich weiter zu, Bild I/51 Das Erde-Mond-System bis die ganze der Erde zugewandte Mondseite sichtbar wird (Position 3 und 4). Er ist der Vollmond, die Erde steht zwischen der Sonne und dem Mond. Dann die sichtbare Mondseite nimmt allmählich ab (Position 5). In der dritten Woche ist wieder ein Halbmond sichtbar, den man als das letzte Viertel nennt (Position 6). Im Verlaufe der vierten Woche wird die Mondsichel immer schmaler (CForm) und am Ende kommt wieder der Neumond. Der abnehmende Mond ist nur morgens sichtbar. Die Zeitdauer der Mondphasen beträgt 29 1/2 Tage, die man als Monat nennt. Aufgabe 2.: Sie bezieht sich auf die Folgen der Lage der Sonne, der Erde und des Mondes im Verhältnis zueinander. Antworte mit dem Eintragen der Nummer der Erscheinungen unter den Abbildungen, in die Kästchen! 1. Neumond 2. Erstes Viertel 3. Vollmond 4. Letztes Viertel Aufgabe 3.: Antworte auf die Frage! Die nicht von der Sonne beleuchteten Teile der erdzugewandten Mondseite sind aber nie völlig dunkel. Wieso? ..................................................................................................................................................................... Aufgabe 4.: Studiere die Abbildung, dann antworte auf die Frage! Umlaufperiode des Mondes beträgt 27 1/3 Tage, ein Mondmonat dauert 29 ½ Tage lang. ▪ Warum ist der Mondmonat länger, als die Umkreisungsperiode des Mondes um die Erde? ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... Bild I/52 Die Bewegung des Mondes Aufgabe 5.: Führe den Buchstaben der entsprechenden Mondphase vor die Feststellungen – die für die Sommerzeit gültig sind – auf die Punktlinie ein! A. Neumond B. Erstes Viertel C. Vollmond D. Letztes Viertel ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... 1. Der Mond geht etwa in zusammen mit der Sonne am Morgen auf und am Abend unter. 2. Die Gestalt des Mondes ist dem zunehmenden Buchstaben D ähnlich. 3. Der Mond lässt sich in der zweiten Hälfte der Nacht sehen, seine Gestalt erinnert an abnehmenden Buchstaben C. 4. Zur Zeit dieser Mondphase kann eine Mondfinsternis vorkommen. 5. Die ganze Mondscheibe kann man sehen. 6. Der Mond geht in der Abenddämmerung auf und in der Morgendämmerung unter. 7. Zur Zeit dieser Mondphase kann eine Sonnenfinsternis vorkommen. 8. Der Mond ist nicht zu sehen, die Nächte sind dunkel. 23 1.3 Die Finsternisse Die Erde und der Mond werden durch die Sonne beleuchtet. Wenn einer von den beiden Himmelskörpern während ihrer Umkreisung in den Schatten des anderen Himmelskörpers gelangt, kommt Finsternis zustande. Wenn der Mond total oder partiell die Sonne vor der Erde verdeckt, spricht man Sonnenfinsternis. Wenn die Erde den Mond vor der Sonne verdeckt, spricht man Mondfinsternis. Bild I/53 Die Finsternisse Bild I/55 Die Mondfinsternisse Bild I/54 Die Sonnenfinsternisse Aufgabe 6.: Antworte auf die Fragen! ▪ Bei welcher Mondphase kann eine Sonnenfinsternis zustande kommen? ..................................................... ▪ Bei welcher Mondphase kann eine Mondfinsternis zustande kommen? ..................................................... Was ist aber die wichtigste Voraussetzung der Finsternisse? Die drei Himmelskörper müssen dafür in dieselbe Ebene gelangen. Aufgabe 7.: Antworte auf die Frage! ▪ Warum kommen bei jedem Neumond Sonnenfinsternisse und jedem Vollmond Mondfinsternisse nicht zustande? ............................................................................................................................................................................................. 2. Die Frage der Atmosphäre des Mondes Der Mond hat keine Atmosphäre. Wie kann man es auch von der Erdoberfläche beweisen? Während der Bewegung des Mondes verdeckt er die Sterne, was jäh ist. Wenn er eine Atmosphäre hätte, würde das durch seine Atmosphäre durchdringende Licht gebrochen. Die Trennungslinie zwischen der Nachtseite und der Tagesseite (die sog. Terminatorlinie) ist eine scharfe, jähe Grenzlinie, auf der Erde ist sie ein Streif. Was hat es zur Folge? Der Himmel auf dem Mond ist immer schwarz, deshalb sind die Sterne auch am Tag sichtbar. Es gibt auf dem Mond einen starken Licht-Schatten Gegensatz. Ohne Vermittlersphäre pflanzt sich die Stimme nicht fort. Es gibt große Temperaturschwankungen zwischen den Nacht- und Tagesseiten (auf der Tagesseite > 100 °C, auf der Nachtseite - 150 °C), weil die Ausstrahlung stark ist. 3. Die Oberfläche des Mondes Seine Oberfläche hat zuerst mit Fernrohr Galilei beobachtet. Auf seiner Oberfläche befinden sich weit ausgedehnte dunkle Becken – die “Mare”-Gebiete – die mit dunklem Lavafeld (Basalt) aufgefüllt sind. Sie sind etwa 3 Mrd. Jahre alt. An ihren Rändern ziehen sich lange Ringgebirge hin. Sie entstanden durch riesige Meteoreinschläge. Außer denen erstrecken sich noch hellere Hochländer – die “Terra”-Gebiete –, für die mehr Einschlagskrater typisch ist, als auf den Beckenflächen. Ihre Gesteine sind etwa 4 Mrd. Jahre alt. Die Mondoberfläche ist überall mit dickem Gesteinstrümmern und Staub (Regolith) bedeckt. Bild I/56 Einschlagskrater, Ringgebirge und Becken 4. Der Einfluss des Mondes auf die Erde Zwischen der Erde und dem Mond bestehen mechanische Wechselwirkungen, die von der Massenanziehung stammen. Dadurch kommen die Gezeiten zustande. Denn die Massenanziehung gegenseitig ist, die Flut und die Ebbe sowohl auf der Erde, als auch auf dem Mond auftreten. (Davon lernst du mehr in der Lektion „Die Wasserhülle“.) 24 Aufgabe 8.: Welche Feststellungen sind richtig (R) und welche sind falsch (F)? ..... 1. Die dunklen Flecke auf der Mondoberfläche sind mehrtausend Meter hohe Gebirge. ..... 2. Infolge des Mangels an Atmosphäre gibt es sehr große Temperaturschwankungen zwischen der Tages- und Nachtseite. ..... 3. „Die Wunden” auf der Mondoberfläche wurden durch Meteoriteinschläge herausgebildet. ..... 4. Die „Mondmeere” sind die Überreste großer Basaltlavaergüsse. ..... 5. Die hellen Flecke auf der Mondoberfläche sind weitausgedehnte Ebenen. ..... 6. An den Rändern der „Mondmeere” ziehen sich fast 10 km hohe Ringgebirge hin. ..... 7. Unter den Mondoberfläche formenden äußeren Kräften gibt es sowohl die hohen Temperaturschwankungen, die Meteoriteinschläge, die Gravitationskraft und als auch die Wind- und Flusserosion. Aufgabe 9.: Erläutere kurz den Grund für die auf den Mond bezogenen Feststellungen! 1. Von der Erde aus gesehen zeigt sich ein Mal die Sonne, ein anderes Mal der Mond größer. …………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………… 2. Auf der Mondoberfläche gestalteten die Meteoriteinschläge riesige Krater und Ringgebirge. …………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… 3. Am Tag ist die Erwärmung, in der Nacht ist die Abkühlung sehr stark. …………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………… 4. Von der Erde aus sieht man immer dieselbe Seite des Mondes. …………………………………………………………... ……………………………………………………………………………………………………………………………… 5. Von der Erde aus gesehen verändert sich die Form des Mondes ständig (Mondphasen). ………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………… 6. Auf dem Mond ist das Gewicht eines Menschen 1/6 des auf der Erde gemessenen Gewichts. ……………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………………… Gut zu wissen! Warum sieht man immer dieselbe Seite des Mondes von der Erde aus? Welche sind die Mondphasen? Warum kommen die Lichtgestalten des Mondes von der Erde aus gesehen zustande? In welcher Situation kommen die Mond- und Sonnenfinsternisse vor? Was hat die Mangel an Atmosphäre auf dem Mond zur Folge? Welche Oberflächenformen sind für den Mond typisch? Wie sind sie entstanden? Wie ist die Gravitation auf dem Mond? Welchen Einfluss übt sie auf die Erde aus? VI. DIE ERDE ALS EIN GROßPLANET IM WELTALL Die ERDE (von lateinischen „Terra“; griechischen „Gaia”) ist von der Sonne aus der dritte Planet im Sonnensystem. Sie ist etwa 4,6 Milliarden Jahre alt und der einzige bekannte belebte Himmelskörper. 1. Die Gestalt der Erde DURCHMESSER AM ÄQUATOR AM POL ENTFERNUNG ZUR SONNE MITTLERE SONNENÄHE SONNENFERNE MASSE VOLUMEN OBERFLÄCHE DURCHSCHNITTLICHE DICHTE SCHWERKRAFT NEIGUNG DER DREHACHSE 1.1 Was für eine Gestalt hat die Erde? 12 756 km 12 714 km 149 600 000 km 146 000 000 km 152 000 000 km 5,974 x 1024 kg 1,084 x 1012 km3 510 Mio. km2 5,52 g/cm3 9,8 m/s2 23,44° Die wichtigsten physikalischen Daten unserer Erde Die erste Ermittlung von Umfang und Radius der Erde führte der Alexandriner Eratosthenes im 3ten Jahrhundert durch. Dies ereichte er durch Winkelmessungen des Sonneneinfalls zur Mittagszeit an zwei verschiedenen Orten – zwar Syene (Assuan) und Alexandria –, die in etwa auf demselben Längenkreis lagen. Ist nämlich die Entfernung s zwischen den Orten und der Einfallswinkel α bekannt, so lässt sich daraus der Erdradius R ermitteln. Der von Eratosthenes erhaltene Wert weicht um etwa +16% vom mittleren Bild I/57 Ermittlung von Eratosthenes Radius der Erde ab. Aus heutiger Sicht wurde er damit zum Begründer der wissenschaftlichen Geodäsie. Die Gestalt der Erde lässt sich als eine Kugel – oder ein theoretisch idealer Globus – modellieren. Aber zur exakten Bestimmung der Gestalt der Erde reicht allerdings es nicht aus. Diese verkündeten bereits die griechischen Astronomen wie Aristoteles. Dies hat praktisch F. Magellan nachgewiesen, als er im ersten Drittel des 16 Jh. die Erde geschifft hat. Seit amerikanische Astronauten aus dem Fenster ihres zum Mond fliegenden Raumschiffes – Ende 1960er Jahre – zum ersten Mal Aufnahmen von der ganzen Erde gemacht haben, bestehen diesbezüglich keine Zweifel mehr. 25 Die Erde rotiert – wie bekannt – um ihre eigene Achse. Auf den Einfluss der infolge der Umdrehung auftretenden Zentrifugalkraft dehnt sich unser Planet entlang des Äquators aus, an den Polen ist er aber abgeflacht. Deshalb ist der äquatoriale Radius der Erde länger (6378 km), als der Polarradius (6357 km). Diese etwas abgeflachte Form ist als ein geometrisches Rotationsellipsoid anzusehen. Die echte Gestalt der Erde wird im Endergebnis von der ungleichen Massenverteilung im Erdinneren bestimmt, denn die Erde ist kein Bild I/58 Rotationsellipsoid homogenes Objekt. Davon hängt nämlich die an einzelnen Punkten der Oberfläche festgelegte genaue Richtung der Schwerkraft ab, die sich aber genau senkrecht zur Erdoberfläche auswirkt. Die Niveaufläche, die an allen Punkten genau senkrecht zur Richtung der Schwerkraft verläuft, zeigt die echte Form der Erde an. Diese Gestalt nennt man als Geoidgestalt. Bild I/59 Geoidform 1.2 Was hat die Gestalt der Erde zur Folge? Eine der Folgen der Kugelgestalt der Erde ist die Form des Horizonts. Wenn sich jemand in einem Flachland – in dem den Aussicht nichts stört – umdreht, kann der Grenzlinie der Himmelskuppel und des Gesichtsfeldes mit bloßem Auge folgen. Aufgabe 1.: Arbeite in der Abbildung! - Die Form des Horizonts (des Gesichtsfeldes): .......................... - Male die Himmelskuppel blau! - Schreibe die fehlenden Himmelsrichtungen ein! - Kennzeichne die Beobachtungsstelle mit einem rotem Punkt, mit Z den Zenit (den Scheitelpunkt) und mit H den Horizont! - Zeichne den täglichen, scheinbaren Sonnengang am Äquator rot und in Budapest grün! Dank der Kugelgestalt der Erde fallen die Sonnenstrahlen in unterschiedlichem Winkel ein. Deshalb ist die Erwärmung der Luft, die Verteilung der Sonnenenergie nicht gleichmäßig. Aufgabe 2.: Arbeite in der Abbildung! - Zeichne die Drehachse ein! - Zeichne die beiden Pole und die besonderen Breitenkreise ein! - Zeichne die auf die Erdoberfläche parallel einfallenden Sonnenstrahlen und den Einfallswinkel beim Äquator und an den beiden Wende- und Polarkreisen ein! - Benenne die großen Klimazonen und male sie bunt aus! - Ergänze die Sätze! Der Einfallswinkel der Sonnenstrahlen ist beim Äquator am .........................., nach höheren Breiten wird er immer ......................., also die die Erdoberfläche erreichende Wärmeenergie hängt direkt von der ........................................... ab. 2. Die Bewegungen der Erde Die wichtigsten Bewegungen der Erde sind die Rotation (die Umdrehung) um die eigene Drehachse und die Umkreisung (der Umlauf) um die Sonne. 2.1 Die Rotation der Erde um die eigene Achse und ihre Folgen 2.1.1 Wie dreht sich die Erde um ihre eigene Achse? Der Nachweis der Erdrotation Am 3. Januar 1851 führte der französische Physiker Foucault im Keller seines Hauses einen Versuch durch, bei dem er ein 2 Meter langes Pendel in Bewegung setzte. Es pendelte dicht über dem Boden und schien dabei im Verlauf der Zeit seine Richtung zu ändern. Es ist ein physikalisches Gesetz, dass sich die Schwingungsrichtung des Pendels nicht verändert, wenn keine weitere Kraft auftritt. Da eine äußere auf das Pendel einwirkende Kraft auszuschließen war, war es nicht das Pendel, sondern der Boden (also die Erde), der seine Richtung änderte. Später führte Foucault den Versuch im Panthéon mit einem 67 Meter langen Pendel mit einem 28 kg schweren und 60 cm Durchmesser umfassenden Pendelkörper der Öffentlichkeit vor. Am unteren Ende des Pendelkörpers befand sich eine Spitze, die mit jeder Schwingung eine Spur in einem Sandbett am Kirchenboden markierte. Hiermit wurde ein laientauglicher Nachweis der Erdrotation vorgelegt. 26 Aufgabe 3.: Arbeite in der Abbildung! - Zeichne die Drehachse der Erde, zeichne die Drehrichtung und den Polarstern! - Ergänze die Sätze! Die Drehrichtung ist direkt, vom ......…...... nach ..……........, also vom Nordpol gesehen ist es im Verhältnis zum Lauf des Stundenzeigers .................................. Aufgabe 4.: Ergänze die Sätze! Die Dauer einer ganzen Drehung beträgt .............. Der Winkel der ganzen Drehung ist ........°, also die Erde dreht sich in einer Stunde um .......°, dann dreht sie sich um 1° in ....... Minuten. Aufgabe 5.: Arbeite in der Abbildung! Zeichne in die Abbildung die Grenze der Beleuchtung ein, male die Tagesseite gelb, die Nachtseite blau aus! Was für eine Tageszeit ist in den folgenden Städten? - Budapest: ................................ - Kairo: .............................. - Tokyo: .......................... - Sidney: .................................. 2.1.2 Was hat die Erdrotation zur Folge? Die sichtbaren Folgen der Erdrotation sind der tägliche scheinbare Gang der Sonne am Himmel sowie der Wechsel der Tageszeiten. Am Tag von Zeit zu Zeit steht die Sonne in unterschiedlicher Höhe, wodurch sich der Einfallswinkel der Sonnenstrahlen ständig verändert. So erhöhen sich die Lufttemperaturen und sinken, was man den täglichen Gang der Temperaturen nennt. Dank der infolge der Umdrehung auftretenden Zentrifugalkraft und der Schwerkraft hat die Erde eine abgeflachte, kugelähnliche Geoidform. Da sich die Erde dreht, tritt eine scheinbare Kraft auf, durch die die beweglichen Körper auf der Erdoberfläche aus ihrer Bewegungsrichtung abgelenkt werden. Diese Bild I/60 Ablenkungskraft ist die Coriolis-Kraft. (Davon lernst du mehr in der Lektion „Die Atmosphäre“.) Die Tagnachtgrenze Aufgabe 6.: Erstelle eine Mind Map über die Folgen der Erdrotation! FOLGEN DER ERDROTATION 2.2 Die Umkreisung der Erde um die Sonne und ihre Folgen 2.2.1 Wie umläuft die Erde die Sonne? Bild I/61 Die Umlaufbahn der Erde Aufgabe 7.: Anhand der Abbildung antworte auf die folgenden Fragen! - Die Umlaufbahn um die Sonne ist .......................förmig. - In welcher Richtung umläuft die Erde die Sonne? .............................. dem Uhrzeigersinn, vom ........ nach ........ - Umlaufgeschwindigkeit beträgt im Durchschnitt ca. 30 km/s – sie ist aber in der Sonnennähe ..................., in der Sonnenferne .................... - Die Dauer einer Umkreisung ist ......... Tage, genau ........ Tage 5 Stunden 48 Minuten 46 Sekunden. In allen 4 Jahren sammeln sich 23 Stunden 15 Minuten 4 Sekunden von den Resttagen. Deshalb wurde jedes Jahr, das in vier aufgeht, zu einem .............................. (Um je genauer zu sein, sind die Jahre, die in hundert aufgehen, keine Schaltjahre, ausgenommen diejenige, die auch in vierhundert aufgehen. Diese Faustregel ergibt eine eintägige Abweichung nur innerhalb mehr als 3000 Jahre.) - Was hält die Erde auf ihrer Bahn um die Sonne? .................. Den sog. gregorianischen Kalender benutzt man ab 1582 (in Ungarn ab 1587). Seine Einführung verdankt man dem Papst Gregor XIII. In diesem Kalender ist die Einheit der Zeitrechnung das Jahr. Im Schaltjahr besteht der Februar aus 29 Tagen. 27 Aufgabe 8.: Schlag nach, warum feiern z.B. die Russen die Weihnachten und das Neujahr ca. 2 Wochen später, als wir! Aufgabe 9.: Benenne die mit Nummern gekennzeichneten Teile der Abbildung! 1. ................................................. 2. ................................................. 3. ................................................. 4. ................................................. 5. ................................................. - In was für einem Winkel beugt sich die Erdachse auf die Umlaufebene? .........° - In was für einem Winkel beugt sich der Äquator auf die Umlaufebene? ..........° - Wohin zeigt das nördliche Ende der vorgestellten Drehachse? ...................... Bild I/62 Die Neigung der Erdachse 2.2.2 Was hat die Umkreisung um die Sonne zur Folge? Von der Erde aus gesehen läuft die Sonne am Himmel nicht nur täglich, sondern auch jährlich. Sie steht vom Monat zu Monat in einem anderen Sternbild. Diese Bahn nennt man die Ekliptik, die eigentlich das Spiegelbild der Umlaufbahn der Erde ist. Dieser jährliche Gang der Sonne ist also scheinbar. Begriffe: Während die Erde die Sonne umkreist, Die Ekliptik: So nennt man die befindet sie sich am nächsten zur Sonne (in der scheinbare Bahn der Sonne am Sonnennähe) im Winter der Nordhalbkugel, am Himmel, die sie innerhalb eines Jahres weitesten entfernt zur Sonne (in der Sonnenferne) unter den Sternbildern zurücklegt. im Sommer der Nordhalbkugel. Davon kommt, dass sich die Verteilung der Sonnenenergie und die Erwärmung mit der Entfernung der beiden Himmelskörper voneinander nicht begründen lassen. Womit ist also der Wechsel der Jahreszeiten zu erklären? Die Antwort gibt uns darauf, in was für einem Winkel die Sonnenstrahlen im Laufe des Jahres in einem Ort einfallen. Warum fallen die Sonnenstrahlen in einem Ort auch im Laufe des Jahres unterschiedlich ein? Die Antwort ist darauf: Die Drehachse der Erde neigt sich zur Umlaufebene in einem Winkel (66,5°). Aufgabe 10.: Arbeite in der Abbildung! - Kennzeichne die Umlaufrichtung! - Zeichne die Drehachse in die Erdabbildungen ein! - Schau dir das Bild I/63 an! Führe die Anfangstage der astronomischen Jahreszeiten ein! Bild I/63 Sonnenbahnen - Führe die Buchstaben der besonderen Tage hinsichtlich der Nordhalbkugel an die passende Stelle ein! A. Sommersonnenwende B. Wintersonnenwende C. Frühlingstagundnachtgleiche D. Herbsttagundnachtgleiche Aufgabe 11.: Schau dir das Bild I/63 an! Antworte auf die Fragen! - Wo läuft den ganzen Tag die Sonne am Nordpol? ............. oder ............. dem Horizont, d.h. sie geht nicht ........ oder ......... Dieses Phänomen nennt man Zirkumpolarität der Sonne. - Nur in welcher Klimazone kommt es vor? .......................................................... - Wo kann die Sonne mittags über dem Äquator oder dem Wendekreis kulminieren (in der Mittagshöhe stehen)? im ............. Dieses Phänomen nennt man Zenitkulmination. - Nur in welcher Klimazone kommt es vor? .......................................................... - An welchen Tagen kulminiert die Sonne im Zenit am Äquator? ............................................................. - An welchem Tag kulminiert die Sonne im Zenit am nördlichen Wendekreis? ................................... - Auf welcher Halbkugel fallen die Sonnenstrahlen an diesem Tag in größerem Winkel ein? Unterstreiche! auf der Südhalbkugel auf der Nordhalbkugel - Worauf kann man schließen, dass die Sonnenbahnen über dem Horizont unterschiedlich lang sind? ................................................................................................................................................................................ 28 Aufgrund dieser Faktoren ist die Einstrahlung der Sonnenenergie, die unterschiedlich stark ist und unterschiedlich lang dauert, der Grund für den Wechsel der Jahreszeiten. Denn der Einfallswinkel der Sonnenstrahlen verändert sich im Laufe des Jahres in einem bestimmten Ort, sind die Monatsmitteltemperaturen auch unterschiedlich, höher oder niedriger. Die Veränderung der Monatsmitteltemperaturen nennt man den jährlichen Gang der Temperaturen. Aufgabe 12.: Erstelle eine Mind Map über die Folgen der Umkreisung! FOLGEN DER UMKREISUNG Aufgabe 13.: Messe mit dem Winkelmaß auf der beiliegenden Zeichnung, wie hoch die Sonne mittags am Winter- und Sommeranfang in Budapest steht! am 22. Dez.: ...............° am 22. Juni: ................° Aufgabe 14.: Zeichne in die Abbildung die Grenze der Beleuchtung ein und schattiere dunkel die Nachthalbkugel! Antworte auf die Fragen! - Auf welchen Breitenkreis fallen die Sonnenstrahlen senkrecht? ............................................................................ - Welcher Jahreszeitanfang ist dieser Tag in der nördlichen gemäßigten Klimazone? ..................................... - Welcher Jahreszeitanfang ist dieser Tag in der südlichen gemäßigten Klimazone? .................................... - Auf welcher Halbkugel sind die Nächte länger? .............................. - Wie hoch steht die Sonne mittags an diesem Tag? - am Äquator: ............° - am südlichen Polarkreis: .............° - am Nordpol: ..............° - in Budapest: ............° Aufgabe 15.: Im Budapest ist Sommer und Nacht! Was für eine Jahres- und Tageszeit ist zur gleichen Zeit in den folgenden Orten? Stelle es auf der Erdkugel fest, und schreibe die Daten in die Tabelle ein! Wo? in Budapest in Kapstadt in San Francisco in Neuseeland am Nordpol am Südpol Welche Jahreszeit? Sommer Welche Tageszeit? Nacht Aufgabe 17.: Welche Charakterzüge haben die Jahreszeiten? Sortiere die untenstehenden Feststellungen, schreibe sie zum passenden Datum! • 21. März: ............................. • 22. Juni: ............................ • 23. September: ........................... • 22. Dezember: ........................... 1. Auf der Nordhalbkugel ist es der Frühlingsanfang; 2. Die Sonne steht am Mittag im Winkel von 90° über dem Äquator; 3. Auf der Südhalbkugel ist es der Sommeranfang; 4. Die Sonne steht am Mittag im Winkel von 90° über dem nördlichen Wendekreis; 5. Auf der Nordhalbkugel ist Frühlingstagundnachtgleiche; 6. Auf dem südlichen Wendekreis fallen die Sonnenstrahlen senkrecht; 7. Im Südpolargebiet beginnt der sechs Monate lange Tag; 8. Auf den beiden Halbkugeln sind der Tag und die Nacht 12stündig; 9. Auf der Nordhalbkugel ist der Herbstanfang; 10. Auf der Südhalbkugel ist es der Winteranfang Gut zu wissen! Wo ist die Stelle der Erde im Sonnensystem? Was für eine Gestalt hat sie? Was hat die Erdgestalt zur Folge? Was sind die Hauptbewegungen der Erde? Was hat die Erdrotation zur Folge? Was hat die Umkreisung der Erde zur Folge? Was bedeuten die Begriffe: der Zenit, der Horizont, das Schaltjahr, die Achsenneigung, die Ekliptik, die Tagundnachtgleiche, die Sonnenwende, die Zirkumpolarität der Sonne, die Zenitkulmination der Sonne? 29 VII. ORIENTIERUNG IM IRDISCHEN RAUM 1: POSITIONSBESTIMMUNG 1. Wie kann man seine Position auf der Erde bestimmen? „Tagelang hat der Sturm eueres Schiffs vorwärts gepeitscht – immer weiter hinaus auf das weite Meer. Endlich klart es auf und entsetzt stellt ihr fest, dass sich rings um euch nur Wasser erstreckt. Ihr habt keine Ahnung, wo ihr euch befindet!“ Das war eine zentrale Frage für alle Seeleute, solange ihnen noch kein GPS auch auf dem weitesten Ozean Auskunft über ihren Standort gab. Aber sie suchten und fanden man immer neue Möglichkeiten und Instrumente, sich auf dem Meer zu orientieren, ihre Position zu bestimmen. Aufgabe 1.: Löse das Kreuzworträtsel auf! Waagerecht: 1) Jedes Jahr, in dem der Februar aus 29 Tagen besteht. 2) Die echte Gestalt der Erde. 3) Die scheinbare jährliche Bahn der Sonne unter den Sternbildern, eigentlich das Spiegelbild der Erdbahn. 4) Die Position der Sonne, wenn sie in der Mittagshöhe steht. 5) Der Scheitelpunkt der Himmelskuppel, der sich direkt über dem Beobachter befindet. 6) Die Grenzlinie zwischen dem Gesichtsfeld und der Himmelskuppel. 1 2 X 3 4 5 6 Bild I/64 Messinstrument der Seeleute Schlag nach, wie und wozu man dieses Gerät gebraucht hat? 1.1 Das Gradnetz Einer der Teilbereiche der Navigation („Steuermannkunst“) ist das Bestimmen der geographischen Position durch Ortsbestimmung. Ihm dient ein gedachtes Koordinatensystem auf dem Globus mit sich rechtwinklig schneidenden Kreisen. Es ist das GRADNETZ, in dem sich die Lage eines Punktes auf der Erde mit den geographischen Koordinaten beschreiben lässt. Begriffe: Die geographische Breite: Sie ist der Winkelabstand zum Äquator, d.h. in Grad ausgedrückte Entfernung vom Äquator. Die geographische Länge: Sie ist der Winkelabstand zum Nullmeridian, d.h. in Grad ausgedrückte Entfernung vom Nullmeridian. Bild I/65 Das Gradnetz Aufgabe 2.: Studiere das Bild I/65 und antworte auf die Fragen! ▪ Welche sind die zwei Kreissorten der Ortsbestimmung im Gradnetz? ...................................................... und ............................................... ▪ Wie heißen die zwei wichtigsten besonderen Kreise im Gradnetz? ...................................................... und ............................................... Aufgabe 3.: Erstelle ein Diagramm über die Breiten- und Längenkreise! ……………. ……………. Richtung ……………. Besondere Breitenkreise ……………. ……………. ……………. Richtung Geographische ....…………. BREITENKREISE ……………... und ....................... Halbkugel Geographische ....…………. LÄNGENKREISE Entfernung vom .....…………. Zueinander …………….... verlaufen Besonderer Längenkreis ……………... und ....................... Halbkugel Sie sind ……………. lang 30 Entfernung vom .....…………. Sie …......… sich, nicht parallel Sie sind ……………. lang Aufgabe 4.: Stelle die geographische Lage der in der Abbildung gekennzeichneten Punkte fest! geographische Breite nördliche südliche geographische Länge östliche westliche A B C D E F G H Aufgabe 5.: Bestimme die geographische Lage von untenstehenden Städten! geographische Breite nördliche südliche geographische Länge östliche westliche Krakau New Orleans St. Petersburg Aufgabe 6.: Welche Orte sind bei den folgenden Breiten und Längen zu finden? Orte geographische Breite nördliche südliche 23,5° geographische Länge östliche 90° westliche 35° 35° 59° 149° Aufgabe 7.: Löse die folgende Navigationsaufgabe! Das Schiff namens Tornado befindet sich bei 20º s.Br. / 50 º ö. L. Der Kapitän schickt eine Nachricht an das Schiff „Gute Hoffnung”, dieses Schiff befindet sich bei. 36º n.Br. und 14º ö.L. Antworte auf die Fragen mit Hilfe des Atlas! 1. Auf welchem Ozean befindet sich die „Tornado”?.............................................. Neben welcher Insel fährt sie gerade?.................................................................. 2. Auf welchem Meer fährt „die Gute Hoffnung”?.................................................. Wie heißt das Inselland, an dessen westlicher Küste sie gerade vorbeifährt? ........................................................ 3. Im Hafen von Dubrovnik werden sich die beiden Schiffe treffen. Durch welchen Kanal muss die „Tornado“ fahren, wenn sie auf dem kürzesten Weg in den Hafen gelangen möchte? ........................................................ Jeder Breiten- und Längengrad lässt sich weiter in kleinere Einheiten aufteilen. Diese Einheit ist die Bogenminute (auch Winkelminute), die der 60ste Teil eines Winkelgrades ist. Sie stellt eine Unterteilung der Maßeinheit Grad zur Angabe der Größe ebener Winkel dar. Der Vollwinkel hat 360 Grad, so besteht ein Grad aus 60 Bogenminuten: 1° = 60′. Aufgabe 8.: Stelle genau die geographische Lage von Orten A und B auf der beiliegenden Kartenskizze (Grad und Bogenminuten) fest! Suche sie auch im Atlas! Orte A ............................ B ............................ 31 geographische Breite nördliche südliche geographische Länge östliche westliche Aufgabe 9.: Lies aufmerksam die folgende Reisebeschreibung und antworte auf die Fragen! Für die Lösung benutze den Atlas! Aus dem verkehrreichsten Hafen der Welt 1°30’ N und 103°30’ O fährt ein Schiff los. a) Wie ist der Name des Hafens, wo das Schiff weggefahren ist? ………………………………. Das Schiff fährt in Richtung NO und erreicht 105° O, fährt danach in Richtung N und erreicht den Südteil eines Landes. b) Nenne dieses Land und seine Hauptstadt! Das Land: ………………… Seine Hauptstadt: ……………… Schließlich legt das Schiff in dem Hafen der Stadt bei 22,5° N und 114° O an. c) Im Hafen welcher Stadt legt das Schiff an? ……………………………… Aufgabe 10.: Stelle genau die geographische Lage folgender Orte (Grad und Bogenminute) fest! Orte Lissabon geographische Länge geographische Breite nördliche südliche östliche westliche Havanna Aufgabe 11.: Suche im Atlas und schreibe in die Tabelle die Namen der auf folgenden Breiten und Längen auffindbaren Orte! Orte geographische Länge geographische Breite nördliche südliche 53°20' östliche 45°30' westliche 3° 28° Jeder Punkt auf der Erde hat besondere Partnerpunkte. Sie sind folgende: - Der Nebenwohner: Sie liegen auf demselben Breitenkreis einander gegenüber, d.h. um 180° Längengrad auseinander. Es ist der Punkt ........ - Der Gegenwohner: Sie liegen auf demselben Meridian und haben gleiche, aber entgegengesetzte Breite. Es ist der Punkt ........ - Der Gegenfüßler (Antipode): Sie liegen unter derselben Breite auf der gegenüber liegenden Halbkugel und um 180° Längengrad auseinander. Es ist der Punkt ........ Bild I/66 Die besonderen Punkte eines Ortes auf der Erde Aufgabe 12.: Welchen besonderen Punkt des Punktes ‚A’ markieren die Buchstaben in der Abbildung? Aufgabe 13.: Stelle die Koordinaten dieser besonderen Punkte von Budapest fest! Koordinaten von Budapest: ...........° .......; ...........° ...... ▪ Punkt ‚B’: ............................................. ▪ Punkt ‚C’: ............................................. ▪ Punkt ‚D’: ............................................. Wie wir es früher gesehen haben, die Breitenkreise verlaufen zueinander parallel. So kann man den Abstand zwischen zwei beieinander liegenden Breitenkreisen angeben. Dieser Wert gilt überall auf der Erde, der für 1 Breitengrad ca. 111 km ausmacht. Aufgabe 14.: Stelle fest, wie groß der Breitenunterschied zwischen den folgenden Orten ist! Dann berechne die Entfernung (in der Luftlinie) zwischen ihnen in N–S Richtung! Breitenunterschied Entfernung (km) St. Petersburg–Kiew Memphis–New Orleans Heute helfen uns bei der Navigation und der Positionsbestimmung die Navigationssatelliten. Aufgabe 15.: Schlag nach, wie GPS funktioniert! Gut zu wissen! Aus welchen Kreisen besteht das Gradnetz? Was ist die geographische Länge und die geographische Breite? Was sind die Charakterzüge der Breiten- und Längenkreise? Was sind die besonderen Partnerpunkte eines Ortes? 32 VIII. ORIENTIERUNG IN DER IRDISCHEN ZEIT 1. Die Ortszeit und ihre Messung Bild I/67 Sonnenuhr Bild I/68 Sanduhr Bild I/69 Pendeluhr Bild I/70 Nürnberger Ei Aufgabe 1.: Vervollständige den Lückentext! Bitte richtig einsetzen: Zeitabschnitt | den | der | zur | einem | auf | das | den | des | in | einen | der | über | die | möchte | einem | um | Zu | Auf | in | der | am | uns | am | der | der | der | sich | im | dafür | der | jedem | bis | von | von | Wenn man sich in ___ irdischen Zeit orientieren ______, muss von _____ solchen Naturphänomen ausgehen, ___ sich regelmäßig, periodisch wiederholt, so wie z. B. die Bewegung ___ Pendels, der Fall ___ Sandkörner (Sanduhr). Einen kurzen und natürlichen _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ bietet _ _ _ der Gang _ _ _ Sonne _ _ Himmel, _ _ _ man als den Wechsel _ _ _ Tageszeiten erlebt. Grund _ _ _ _ _ ist die Rotation _ _ _ Erde. Eine Drehung dauert _ _ _ _ _ Tag lang. Ein Tag dauert _ _ _ einer der Kulminationen _ _ _ Sonne bis _ _ _ nächsten. Aber den Tag zählt man von Mitternacht (0. 00 Uhr) _ _ _ Mitternacht, und teilt _ _ 24 Stunden auf. Die Zeit, _ _ _ man zum Gang der Sonne misst, ist die Ortszeit. Wenn die Sonne _ _ Tag kulminiert (in _ _ _ Mittagshöhe steht), ist Mittag, die Ortszeit ist 12. 00 Uhr. _ _ dieser Zeit steht die Sonne eben _ _ _ _ dem Längenkreis der Beobachtungsstelle, deshalb nennt man den Längenkreis auch als _ _ _ Meridian. _ _ _ einem der Längenkreise (der Meridiane) kulminiert die Sonne _ _ gleicher Zeit, also die Ortszeit ist entlang _ _ _ _ _ Längenkreis überall – unabhängig davon, ob man _ _ _ der Nord- oder Südhalbkugel steht – 12. 00 Uhr. Aber auf anderen Meridianen kulminiert die Sonne – _ _ Verhältnis zu uns – im Begriffe: anderen Zeitpunkt. Die Ortszeit: Die Zeit, die sich Die Erde dreht _ _ _ _ in 24 Stunden _ _ 360°, in 1 Stunde um 15°. Die Erde dreht täglich am Sonnenstand und sich in Richtung W–O. Davon folgt, dass die Ortszeit _ _ _ unserer Beobachtungsstelle Sonnengang orientiert, und ist um 15° westlich 1 Stunde früher, östlich 1 Stunde später ist. Auf _ _ _ _ _ Längengrad von dem Längengrad abhängig. entfallen 4 Minuten als Zeitunterschied. Aufgabe 2.: Anhand des Textes antworte auf die Fragen! a. Die Grundlage unserer täglichen Zeitrechnung: ........................................................................................ b. Wie lange dauert es, bis sich unsere Erde um 360° dreht? .............................. Und um 15° ? ...................... Also um 1° dreht sich die Erde in .................... Minuten. Aufgabe 3.: Betrachte die folgende Abbildung! Im Punkt ’A’ ist es 22.06. und Mitternacht. Bild I/71 Durchgang der Sonne über der Beobachtungsstelle a) Was für eine Jahres- und Tageszeit gibt es in den markierten Punkten? Jahreszeit Tageszeit B) C) D) b) Welche sind die Punkte, in denen die Ortszeit gleich ist? ................ und ............... ................ und ............... c) Wie groß ist der Zeitunterschied zwischen den Punkten ’B’ und ’C’? ……………… Stunden 160º West 50º Nord D 20º Ost A 0º Nullmeridian 50º Süd B 33 C Aufgabe 4.: Studiere die Abbildung, die die Erde von oben darstellt, und antworte auf die Fragen! Im Verhältnis zum Punkt ’A’ ▪ Auf welchem mit Großbuchstaben gekennzeichneten Punkt stand die Sonne in der Mittagshöhe 6 Stunden früher? ……… ▪ Auf welchem mit Großbuchstaben gekennzeichneten Punkt kulminiert die Sonne 8 Stunden später? ……… ▪ Auf welchem mit Großbuchstaben gekennzeichneten Punkt ist örtlicher Mitternacht? …………. ▪ Auf welchem mit Großbuchstaben gekennzeichneten Punkt kulminiert die Sonne 2 Stunden später? …….. ▪ Die Ortszeit welchen Punktes ist gleich der des Punktes ’A’? ……... Aufgabe 5.: Wähle von den unten stehenden Städten die beiden Städte aus, in denen die Ortszeit dieselbe ist! Benutze deinen Atlas! Kapstadt (Fokváros), Athen, Budapest, Moskau Begründe deine Antwort! …………………………………………………………………………………………….. Aufgabe 6.: Fülle die Tabelle aus! Benutze deinen Atlas! Geographischer Ort London – St. Petersburg London – Aralsee Geographischer Längenunterschied .............................° .............................° Unterschied der Ortszeit .................Stunden .................Stunden Aufgabe 7.: Berechne die folgenden Angaben anhand der Karte! Geographischer Ort Budapest Nyírség Budapest Nagykanizsa Geographische Länge 19° ö.er L. 22° ö.er L. 19° ö.er L. 17° ö.er L. Längenunterschied Zeitunterschied Örtliche Zeit, wenn in Budapest Mittag ist .....................° .................. Min. ......................... .....................° .................. Min. ......................... Aufgabe 8.: Lies den Text, dann antworte auf die Fragen! Es war in Budapest (47,5° N. / 19° O.) genau 12 Uhr mittags, als Kati auf ihre Uhr schaute und sich entschloss ihre in New Orleans studierende Freundin (30° N / 90° W) anzurufen. Aber sie entschied sich sofort anders. a) Wie spät war es in New Orleans nach der dortigen Ortszeit? Beschreibe auch den Rechnungsweg! Antwort: ............................................................................. b) Entlang welchen Längenkreises haben die Uhren nach der Ortszeit pünktlich Mitternacht gezeigt? Antwort: ............................................................................................ Aufgabe 9.: Zur Lösung folgender Aufgaben benutze die entsprechenden Blätter im Schulatlas! a. Die geographischen Koordinaten einer Stadt sind: 7° N; 80° O Nenne die Siedlung! …………………………………… Zu welchem besonderen Breitenkreis liegt diese Stadt am nächsten? Unterstreiche den entsprechenden! Markierung mehrerer Antworten bedeutet falsche Lösung! Nördlicher Wendekreis b. Südlicher Wendekreis Äquator Der hier lebende Geschäftsmann ruft seinen finanziellen Ratgeber, der in London lebt, pünktlich um 12 Uhr mittags der Ortszeit nach, damit er sich nach dem Aktienkurs an der Börse erkundigt. Wie spät ist es gleichzeitig in London der Ortszeit nach? Beschreibe auch den Rechnungsweg! Die Ortszeit in London: ………………………. c. Entlang welchen Längenkreises ist gleichzeitig um Mitternacht? ………………………………………… Unterstreiche den Namen des Naturraumes, den dieser Längenkreis durchquert! Markierung mehrerer Naturräume bedeutet falsche Lösung! Brasilianisches Hochland Anden 34 Himalaja Prärie 2. Die Zonenzeit und die Zeitzonen Im 19. Jh. wurde die Zeit noch aufgrund des Sonnengangs – die Ortszeit – gemessen. Aber die Entwicklung des Verkehrs machte es schwer, denn die Uhr müsste je Längenkreis vor oder nach gestellt werden. Deshalb entschied man sich dafür, dass in einem Abschnitt der Erdoberfläche zu einem gegebenen Zeitpunkt die gleiche Uhrzeit gilt. Begriffe: Die Erde teilte man in 24 Zeitzonen auf (1889), zwischen denen ein leicht zu Die Zonenzeit: Einheitliche berechnender Zeitversatz – 1 Stunde – besteht. Aber die Grenzen der Zeitzonen Zeit in einem Gebietsstreifen verlaufen nicht parallel zu den Meridianen. Bei der Bildung der tatsächlichen zwischen zwei geographischen Längen mit einem Abstand von Zeitzonen hat man davon abgewichen, damit die administrativ und kulturell 15°. zusammenhörenden Gebiete in dieselbe Zeitzone eingeteilt werden. Jedem Land wird eine Zeitzone zugeordnet. Länder mit sehr großer Ost-West-Ausdehnung haben mehrere Zeitzonen. So ist zum Beispiel Russland über elf Zeitzonen verteilt, die USA über sechs, Kanada über fünf, Brasilien über vier, sowie Australien und Mexiko über drei Zeitzonen. Die Zeitzone: Ein 15° Längengrad breiter Abschnitt der Erdoberfläche, auf dem die gleiche Uhrzeit gilt. In der nullten Zeitzone, die bei dem Nullmeridian um 7,5° in Richtung W als auch O liegt, gilt die sog „Greenwich Mean Time“ (GMT). In der ersten Zeitzone in Richtung Osten – die Mitteleuropäische Zeitzone (MEZ) – ist 1 Stunde später. Für die Antarktis, die theoretisch in 24 Zeitzonen liegen würde, wurde sogar komplett die sog. Koordinierte Weltzeit (UTC) festgelegt, die der "Greenwich Mean Time" (GMT) entspricht und nach dem Nullmeridian (Greenwich) ausgerichtet ist. Grund für die Bestimmung der Zonenzeit ist die Ortszeit des mittleren Meridians in der gegebenen Zeitzone. Bild I/72 Die Zeitzonen Der Zeitabschnitt zwischen zwei aufeinander folgenden Kulminationen der Sonne ist der Tag. Aber die Erde umläuft die Sonne in der Sonnennähe schneller, in der Sonnenferne langsamer. Deshalb kulminiert die Sonne nicht pünktlich in je 24 Stunden. Wegen dieser Ungenauigkeit ist der Begriff „mittlere Sonnenzeit“ eingeführt worden, deren Dauer immer 24 Stunden ist. Sie ist die Umlaufperiode einer fiktiven „mittleren Sonne“, die die Erde auf Kreisbahn umkreist. Die mittlere Sonnenzeit in Greenwich ist die Koordinierte Weltzeit, anders die GMT, zu der man die Zeit anderer Orte im Verhältnis stellt. Aufgabe 10.:Studiere die folgende Abbildung dann beantworte die Fragen! Ergänze die fehlenden Daten! a. …………………………………… b. …………………………………… Benenne die Zeitzone c)! …..…………………………… d. Wie spät ist die Zonenzeit auf 22,5 ° ö. L.? …………… e. Welche Zeit zeigt die Uhr in Greenwich, auf der pünktlich um 12 Uhr ist? …………………………….. f. Wie spät ist die Ortszeit auf 7,5 ° ö.L.? ………………. Hier rechne! Aufgabe 11.: Stelle anhand des Atlas fest (Karte der Zeitzonen), wie spät die Zonenzeit in den Städten der Tabelle ist, wenn in London um Mitternacht ist! Ort London Budapest Sydney Honolulu Brasilienstadt Los Angeles Zonenzeit 0 Uhr 00 Minuten 35 Aufgabe 12.: Fülle die Tabelle anhand der Karte der Zeitzonen aus! Zonenzeit Welche ist die Zonenzeit gleichzeitig? in Warschau: • in London: 14 Uhr, dann in Madrid: • in Los Angeles: 8 Uhr, dann in New York: • in Rom: 17 Uhr, dann in Budapest: • in Kairo: 18 Uhr, dann Aufgabe 13.: Um wie viel stellst du deine Uhr vor oder zurück, wenn du von Budapest aus die folgenden Orte besuchen würdest Unterstreiche auch die entsprechende Richtungsangabe! • • • • Moskau: um ...................... Stunden vor - zurück Baku: um ....................... Stunden vor - zurück Buenos Aires: um ....................... Stunden vor - zurück Kapstadt: um ......................... Stunden vor - zurück Aufgabe 14.: Als der Held von Jules Verne, Phileas Fogg die Erde in 80 Tagen umfuhr, gewann die Wette, weil er einen Tag früher heimkehrte, obwohl er so glaubte, dass er den Rückkehrtermin verpasste. Wie konnte es geschehen? Bitte richtig einsetzen: Pazifischen | Zeitzonengrenzen | den | der | nach | um | Zeitzonen | Datum | Datumsgrenze | im | über | Längengrads | einen | einer | Länge | Asien | Amerika | Die _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ist die Grenze zwischen den _ _ _ _ _ _ _ _ _ , die jedes _ _ _ _ _ zuerst durchlaufen, und _ _ _ jenen, die jedes Datum zuletzt durchlaufen. Sie liegt auf _ _ _ Erde in der Nähe des 180. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ im _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Ozean. Wechselt man _ _ _ _ die Datumsgrenze von _ _ _ _ _ Zeitzone in eine andere, so muss man _ _ Gegensatz zu anderen _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Zeit nicht nur _ _ einen Betrag ändern, der ungefähr der Änderung der geographischen _ _ _ _ _ entspricht (ca. eine Stunde für 15°), sondern um _ _ _ _ _ ganzen Tag abzüglich dieser Zeit (im Beispiel 23 Stunden). Deswegen befindet man sich _ _ _ _ einer Überquerung in westlicher Richtung (von _ _ _ _ _ _ _ nach _ _ _ _ _ ) am darauf folgenden Tag und bei einer Überquerung in östlicher Richtung am vorhergehenden Tag. Bild I/73 Die Datumsgrenze 3. Sommerzeit und Winterzeit? Es gibt noch eine interessante Zeitrechnung. Das ist die Sommer- und Winterzeit. Aufgabe 15.: Betrachte das Bild I/74, dann ergänze die Sätze! ▪ Am letzten Sonntag im März wird die Uhr um 1 Stunde .............gestellt. Das bedeutet, dass dieser Tag nur .......... Stunden lang dauert und die Menschen 1 Stunde früher aufstehen. ▪ Am letzten Sonntag im Oktober wird die Uhr aber um 1 Stunde ..............gestellt. Dann hat dieser Tag ......... Stunden und man kann länger schlafen. Aufgabe 16.: Schlag nach, warum wurden sie eingeführt! Gut zu wissen! Was ist die Grundlage der täglichen Zeitrechnung? Seit wann bis wann dauert ein Tag? Was ist die Ortszeit? Wobei ist gleiche Ortszeit typisch? Warum ist die Ortszeit für die tägliche Zeitrechnung praktisch nicht geeignet? Was ist die Zonenzeit? Wobei stimmen die Orts- und die Zonenzeit überein? Wie groß ist der Zeitunterschied zwischen den beieinander liegenden Zeitzonen? Wo muss man im Kalender um 1 Tag vor oder zurück blättern? Was ist der Grund dafür? 36 Bild I/74 Die Sommer- und die Winterzeit Glossar Entdeckung des Sternenhimmels e Astronomie csillagászat astronomisch csillagászati(lag) basieren auf + A alapul valamire r Brennpunkt gyújtópont (fókuszpont) e Erdmessungskunde (e Geodäsie) földmérés erforschen kutatni r Fernrohr távcső e Finsternis, -se fogyatkozás, sötétedés r Gelehrte tudós geozentrisch földközpontú s Gesichtsfeld (r Horizont) látóhatár, horizont e Gezeiten árapály heliozentrisch napközpontú r Himmelskörper égitest irdisch földi s Kalender naptár e Lehre tan, tanítás e Lichtgestalt, -e fényalak oberirdisch s Phänomen, -e rechteckig r Schattenstab scheinbar e Sonnenbahn e Sonnenferne e Sonnennähe e Sonnenwende s Sternbild, -er e Sternkunde e Systematisierung e Tagundnachtgleiche e Umdrehung (e Rotation) e Umkreisung (r Umlauf) r Universum s Weltbild Glossar Weltraumforschung, Satellitenaufnahmen und Fernerkundung abweichend eltérő s Raumschiff e Auflösungsfähigkeit felbontóképesség e Raumsonde s Falschfarbenbild hamisszínes kép e Raumstation e Fernerkundung távérzékelés s Raumteleskop e Fernmeldung távközlés reflektieren geostationär geostacionárius e Rotationsgeschwindigkeit e Kraftquellen(Ressourcen)forschung erőforrás-kutatás r Sensor r künstliche Satellit műhold scannen / abtasten r Meridian / r Längenkreis hosszúsági kör r Strahlenwert e Navigation navigáció r Strahlungsfühler r Polarsatellit poláris műhold e Trägerrakete e Radarwelle radarhullám wahrnehmen s Raumflugzeug űrrepülőgép r Wellenlängenbereich Glossar Sterne und Sternsysteme absorbieren e Absorption aufblähen, sich ausstrahlen explodieren e Extragalaxis, -ien s Farbenspektrum glühend interstellar s Lichtjahr s Lichtstrahl luftleer s Milchstraßensystem / e Galaxis r Planet elnyel elnyelődés felfúvódik kisugároz felrobban csillagrendszer színspektrum izzó csillagközi fényév fénysugár légüres Tejútrendszer bolygó s Planetensystem schleudern s Sonnensystem e Spektralanalyse e Supernova e Umdrehung / e Rotation r Umlauf / e Umkreisung umwandeln, sich in + A e Umwandlung verdichten, sich r Wechselstern / r Pulsar zurücklegen e Zusammenballung zusammenstürzen Glossar Die Sonne und das Sonnensystem e Achsenneigung tengelyhajlás, tengelyferdeség e Astronomische Einheit Csillagászati Egység differenziell differenciált e Drehachse forgástengely faserartig rostszerű e Granulen granulák (szemcsék) herumschweifen össze-vissza bolyong interplanetar bolygóközi e Kernfusion magfúzió r Komet üstökös e Konvektion áramlás, feláramlás e Kugelschale gömbhéj r Meteor meteor s Meteorit r Mond / r Satellit s Objekt r Planetoid (der Asteroid) s Polarlicht e Rotation / e Umdrehung rotieren/s. drehen r Schweif r Sonnenwind r Strahlenkranz thermonuklear r Uhrzeigersinn e Umkreisung / r Umlauf vereinigen, sich 37 természetfölötti jelenség, tünemény derékszögű árnyékbot látszólagos Nappálya naptávol napközel napforduló csillagkép csillagászat rendszerezés napéjegyenlőség forgás keringés Világmindenség világkép űrhajó űrszonda űrállomás űrteleszkóp (űrtávcső) visszaverődik forgási sebesség érzékelő, szenzor szkennel, elektronikusan letapogat sugárzásérték sugárzásérzékelő hordozórakéta érzékel, észlel hullámhossztartomány bolygórendszer hajít, odadob Naprendszer spektrumanalízis (-elemzés) szupernóva forgás keringés átalakul vmivé átalakulás összetömörödik, összesűrűsödik változócsillag, pulzár megtesz egy utat) összehúzódás összeomlik Meteorit hold tárgy, objektum kisbolygó (aszteroida) sarki fény forgás forog üstök, csóva napszél sugárkoszorú termonukleáris óramutató keringés egyesül Glossar Der Erdmond r Doppelplanet, -en e gebundene Rotation e Gezeiten (Pl) e Lichtgestalt, -e e Mondphase, -n e Mondscheibe r Mondsichel kettősbolygó kötött forgás árapály fényalak holdfázis holdkorong holdsarló r Nebenplanet, en r Neumond e Reflexionsfähigkeit s Ringgebirge r Satellit, -en s Viertel, r Vollmond mellékbolygó Újhold visszaverő képesség gyűrűshegység hold negyed Telihold r Polarstern r Radius e Rotation / e Umdrehung s Rotationsellipsoid rotieren / sich umdrehen s Schaltjahr scheinbar r Scheitelpunkt / r Zenit e Schwerkraft schwingen e Schwingung umkreisen / umlaufen e Umkreisung / r Umlauf Sarkcsillag sugár forgás forgási ellipszoid forog szökőév látszólagos tetőpont, zenit nehézségi erő leng, lendít lengetés, lendítés, lengés kering keringés Glossar Die Erde als ein Planet abgeflacht ausdehnen (sich) beugen (sich) / neigen (sich) e Drehachse e Ekliptik entgegengesetzt ermitteln e Ermittlung e Geoidgestalt / e Geoidform e Himmelskuppel r Horizont / s Gesichtsfeld nachweisen s Pendel pendeln lelapult kitágul, kiterjed hajlik, meghajlik forgástengely Ekliptika ellentétes kiderít, kinyomoz, megállapít kinyomozás, kutatás geoidalak, földalak égbolt horizont, látóhatár bebizonyít inga ing, ingázik 38