Ein Jahr
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Arbeitsblatt „Ein Jahr“ - Astronomie Seite 1 Graf-Zeppelin-Gymnasium Arbeitsblatt „Ein Jahr“: Sterne im Lauf eines Jahres Inhaltsverzeichnis: Arbeitsblatt „Ein Jahr“: Sterne im Lauf eines Jahres ...................................................................... 1 1 Bewegung der Sternbilder im Lauf eines Jahres. ..................................................................... 1 2 Der Sternentag. ......................................................................................................................... 2 3 Bewegung der Sonne durch die Sternbilder des Tierkreises. ................................................... 3 4 Bewegung der Sonne um 50 v. Chr......................................................................................... 4 1 Bewegung der Sternbilder im Lauf eines Jahres. a) Starte das Planetariumsprogramm Skychart - Cartes du Ciel und blicke nach Süden. Entferne mit den Icons am oberen Bildrand in der Mitte (oder mit dem Icon , dann Anzeige) alle Hilfslinien und Beschriftungen. Wähle mit dem Icon als Beobachtungszeit den 15.12. um 12:17 (genau). Die Sonne steht jetzt fast exakt im Süden, es ist lokaler Mittag. Entferne und die Atmosphäre (d.h. mache die Sterne sichtbar), klicke also auf „Himmelsfarbe wechseln“. b) Wir animieren nun mit einem Tag, d.h. wir wählen bei der Animation den Zeitschritt 1 Tag. Beobachte den Himmel eine Zeit lang! Stoppe dann die Animation wieder. Notiere Dir im Heft, was auffällt. Denke an die Planeten (insbesondere an Merkur , Venus, Mars), an den Mond, die Sonne, die Sterne. Wie bewegen sich die einzelnen Himmelskörper? (Du kannst selbstverständlich die Beobachtung ein- oder mehrmals wiederholen.) c) Wahrscheinlich warst Du nicht mehr überrascht, dass die Sterne nicht stillstehen, obwohl die Sonne doch offiziell alle 24 Stunden wieder an derselben Stelle steht – das mit den 24 Stunden für die Sonne stimmt übrigens auch nicht genau: Am 3.11. steht sie etwa um 12:06 im Süden, am 3.2 aber erst um 12:36, die Tage müssten also auch unterschiedlich lang sein, deshalb gibt es auch den mittleren Sonnentag. Die Erde wandert nicht gleich schell um die Sonne, im Winter ist schneller als im Sommer. Die unterschiedliche Taglänge folgt aus der Tatsache, dass die (scheinbare) Sonnenbewegung nicht nur von der Drehung der Erde um ihre Achse abhängt (diese ist immer gleich schnell - abgesehen von ein paar Sekundenbruchteilen im Jahr, die auch davon herrühren, dass mal mehr mal weniger Wasser in der Atmosphäre ist). Nein, die Sonnenbewegung wird nicht unwesentlich von der Bewegung der Erde um die Sonne mitbestimmt. Und die Erde bewegt sich keinesfalls stets mit gleicher Geschwindigkeit um die Sonne. Mal ist sie näher an der Sonne, mal weiter weg. Wenn sie näher an der Sonne ist, dann ist sie schneller, wenn sie weiter weg ist, ist sie langsamer. Die Erde wandert nicht auf einer Kreisbahn, sondern auf einer Ellipse. Kepler hat sie nach jahrelangen Rechnungen beim Mars festgestellt. d) Das war übrigens einer der Startschüsse der Neuzeit. Zu dieser Zeit entdeckten immer mehr Menschen: Man kann rechnen, man kann seinen eigenen Verstand gebrauchen, muss sich nicht alles sagen lassen, sondern kann, darf nachfragen, Autoritäten in Frage stellen! Das ist Aufklärung. Eine wichtige kurze Zusammenfassung stammt von Kant: „Was ist Aufklärung?“ (dieser Link ist für Schüler aufbereitet. Der Link zum Original oder zu einer komplexeren Begriffsabgrenzung bei Wikipedia.) Es ist Pflicht, diesen Artikel zu lesen. Wissenschaft ist ohne die Aufklärung nicht wirklich zu verstehen. Die Beobachtung zählt, nicht was in der Bibel steht oder das was Autoritäten sagen. (Das gilt 481358016 W.Seyboldt Stand: 1.4.10 Arbeitsblatt „Ein Jahr“ - Astronomie Seite 2 Graf-Zeppelin-Gymnasium übrigens auch für die Schule, allerdings sind die Dinge, die Schüler lernen müssen, in der Regel schon richtig, sie, die Schüler, sollten es aber selbst durchdenken, selbst verstehen, selbst nachvollziehen, sonst werden sie zu Maschinen oder einfachen Konsumenten, die nur Dinge auswendig gelernt haben – auch wenn dies mitunter durchaus sein muss.) e) Zurück zur simplen Astronomie: Die Sterne wandern im Lauf eines Jahres relativ schnell nach rechts, wenn man den Himmel immer zur Mittagszeit betrachtet (und die Atmosphäre dabei entfernt). Die Sonne bleibt aber fast immer genau im Süden, wandert nur langsam hoch und wieder herunter, wackelt dabei aber ein wenig von links nach rechts und zurück. Diese Bahn, auf der sie sich dabei bewegt, heißt Analemma (siehe etwa http://de.wikipedia.org/wiki/Analemma oder http://www.schulphysik.de/strutz/zeitgl.pdf ) Der durchschnittliche Europäer ist trotzdem der Meinung: Da die Erde sich jeden Tag um die eigene Achse dreht, sollten die Sterne alle 24 Stunden wieder an derselben Stelle sein. Genau so wie die Sonne. Aber beides ist nicht wahr. Warum? Notiere Dir Deine Überlegungen im Heft. Im Folgenden werden wir diese Bewegungen etwas genauer ansehen. f) Wir blicken nun nach Norden und starten die Simulation mit der Zeitschrittweite 1 Tag erneut zum selben Zeitpunkt wie anfangs, d.h. am 15.12. um 12:17. Wir beobachten nun, wie sich die Sterne drehen. Im Winter (siehe Datum in der Headerleiste) steht der große Wagen z.B. links des Polarsterns, im Frühjahr oberhalb. (Lass die Animation evtl. schneller ablaufen, aber nimm Dir Zeit, die Dinge genau zu beobachten! Versuche die Sternbilder UMa, UMi, Cas und Cep auch ohne Hilfslinien zu finden.) Beobachte den Himmel ein Jahr lang und notiere dann Deine Beobachtungen im Heft. Wie bewegt sich der große Wagen? Wie die anderen Sternbilder? Wann steht UMa um 20:00 unterhalb, wann oberhalb des Polarsterns? Notiere dies im Heft. g) Offensichtlich wandern die Sterne im Lauf eines Jahres wie im Lauf eines Tages. Sie drehen sich innerhalb eines Tages einmal um den Polarstern - und ebenso innerhalb eines Jahres, wenn wir sie immer nur an jedem Tag einmal, immer zur selben Tageszeit betrachten. Die Drehung am Tag ist die Folge der Drehung um die Erdachse, die Drehung im Jahr ist die Folge der Drehung um die Sonne. 2 Der Sternentag. a) Stelle wieder als Startdatum den 15.12.08, 12:17 ein und blicke nach Süden. Wir lassen uns nun vom PC alle 23 h und 56 min und 4 s ein neues Himmelsbild zeichnen. Diese Zeitdauer nennt man einen Siderischen Tag. Animiere also mit 1 Siderischen Tag. Notiere Dir im Heft den Begriff und definiere ihn. b) Notiere im Heft, was Dir bei den Sternen, bei der Sonne, bei den Planeten auffällt, wenn man mit der Schrittweite von einem siderischen Tag simuliert. Kannst Du einzelne Beobachtungen nachvollziehen, erklären? Versuche es. Welche Bewegungen kannst Du nicht erklären? Notiere Dir die Fragen. c) Bevor wir Fragen beantworten, schauen wir uns nochmals genau an, was wir beobachten können. Wenn wir die Sterne scheinbar fest stehen lassen, läuft die Sonne nach links aus dem Bild. Die Sterne stehen jedoch unveränderlich fest. Sie wackeln nicht. Wir stellen den Himmel ja nach genau einer Umdrehung der Erde wieder dar. Damit haben wir die Drehung der Erde um sich scheinbar beseitigt. 481358016 W.Seyboldt Stand: 1.4.10 Arbeitsblatt „Ein Jahr“ - Astronomie Seite 3 Graf-Zeppelin-Gymnasium Die Planeten wandern aber keinesfalls regelmäßig wie die Sonne, sondern unregelmäßig über den Himmel der feststehenden Fixsterne. Meist bewegen sie sich wie die Sonne von West nach Ost, sie sind normalerweise wie die Sonne rechtläufig (nicht rechtsläufig! sondern richtig-läufig, bewegen sich also nach links), aber hin und wieder laufen sie in die andere Richtung. d) Skizziere bitte die Bewegung zumindest von einem Planeten im Heft (stoppe dazu die Animation bei Bedarf zum Zeichnen der Bahn) e) Zusammenfassung: Die Sterne sind so weit weg, dass wir auch bei der Bewegung um die Sonne keine Veränderung, keine Parallaxe feststellen können. Die fehlende Parallaxe war das übrigens nicht nur in der Antike ein großes Problem beim „modernen Weltbild“ des Aristarch von Samos, siehe Link3. Absatz. Lese diesen Link und notiere Dir im Heft eine kurze Zusammenfassung. Notiere Dir bitte auch etwas zur Parallaxe, siehe z.B. http://de.wikipedia.org/wiki/Parallaxe. Offensichtlich waren die Griechen vor 2300 Jahren keinesfalls dümmer als wir Menschen heute. Die erste Parallaxe wurde 1836 das erste Mal gemessen. Heute ist sie die Grundlage für die Vermessung der Umgebung der Sonne, siehe die Aufgaben des vor kurzem gestarteten Satelliten Gaia und des vor 15 Jahre gestarteten Hipparcos Das Ergebnis der älteren Mission ist der Hipparcos-Katalog. f) Merke: Die Sonne wandert vor den Sternen von West nach Ost, sie bleibt relativ zu den Sternen pro Tag etwa ein Grad zurück, in einem durchschnittlichen Jahr (in 365,25 Tagen) um genau 360°. Ein Grad ist der doppelte Sonnendurchmesser. Die Sonne wandert innerhalb eines Jahres durch verschiedene Sternbilder, siehe unten. Kannst Du jetzt verstehen, warum die Griechen sagten, die Sonne wäre ein Wanderer, ein Planet? 3 Bewegung der Sonne durch die Sternbilder des Tierkreises. a) Das SkyChart-Programm gestattet uns, gezielt die Wanderung der Sonne durch die Sternbilder zu verfolgen. b) Notiere Dir im Heft wie im folgenden beschrieben mit einer Tabelle, wann die Sonne in die jeweiligen Tierkreisbilder eintritt. Die Tabelle soll mindestens zwei Spalten haben, eine mit dem Sternbildnamen und eine mit dem Datum, ab dem das Zentrum der Sonne in das links stehende Sternbild eintritt - die Uhrzeit ist nicht wichtig, auch nicht das genaue Datum, es kommt auf einen oder zwei Tage nicht an. Du kannst beim Aufschreiben die Animation kurz anhalten oder einfach ohne Beobachtung laufen lassen. Das Datum steht immer im Beschreibungsfeld links oben. Während Du wie im nächsten Punkt beschrieben die Tabelle ausfüllst, kannst Du ja schon erste Überlegungen anstellen. Was fällt Dir auf? Warum ist dies so? Was folgt daraus für das Horoskop? c) Anleitung zum Ausfüllen der Tabelle: o Stelle mit die Beobachtungszeit 14.1. 15:00 ein und blicke nach Süden, FOV etwa 120° (klicke dazu auf das Icon 3. Lupe von links, ganz oben). o Wähle durch Klick auf das Icon die Grenzen der Sternbilder. o Klicke auf das Icon (links oben, „Programm konfigurieren“) und wähle über >Anzeige >Beschriftungen die Anzeige der Sternbildnamen. 481358016 W.Seyboldt Stand: 1.4.10 Arbeitsblatt „Ein Jahr“ - Astronomie Seite 4 Graf-Zeppelin-Gymnasium o Wähle die Animationszeit 1 Siderischer Tag. Starte die Animation. Wir bewegen den Kopf also langsam nach links. Man erkennt deutlich, wie die Sonne durch die Sternbilder des Tierkreiszeichens wandert. o Falls die Sonne unter den Horizont verschwinden sollte, stoppe die Simulation, ändere die Zeit mit Datum/Zeit (nur sie) etwa auf 15 Uhr, klicke wieder nach Süden Oder: Eine andere Möglichkeit ist, einfach mit der rechten Maustaste auf die Sonne zu klicken und zentrieren zu wählen. Oder: Ziehe mit der Maus bei gestoppter Animation die Sonne nach links d) Nebenbei beobachten wir auch, dass sich die Planeten immer nahe der Sonnenbahn befinden. Die Planeten Merkur und Venus (mal Morgenstern, mal Abendstern) sind sogar immer nahe der Sonne, mal rechts mal links von ihr. e) Übrigens: Das, was wir gerade mit der Simulation gesehen haben, haben sich die Menschen vor einigen Tausend Jahren durch langwieriges Beobachten und Aufschreiben selbst erarbeitet. Und dabei konnten Sie die Sterne nur dann sehen, wenn die Sonne nicht am Himmel war. Sie konnten diese Beobachtungen machen, weil ihnen der Himmel vertraut war, weil sie sich am Himmel auskannten. Die Sternbilder halfen ihnen dabei. f) Wenn Du mit dem Ausfüllen der Tabelle fertig bist, dann notierst Du Dir am Ende der Tabelle, was Dir auffällt. Warum würden die meisten Menschen finden, dass Deine Tabelle falsch ist? g) Merke: Am 15.9. um 12:20 steht die Sonne gerade noch im Sternbild Löwe, und wechselt kurz danach ins Sternbild Jungfrau. Nun wissen die meisten Menschen, dass Personen, die zwischen dem 23.8. und 22.9. zur Welt kamen, im Tierkreiszeichen Jungfrau geboren sind, d.h. die Sonne sollte während dieser Zeit im Tierkreiszeichen Jungfrau stehen und nicht erst ab dem 15.9. Die Sonne ist also zu spät dran! Skychart zeigt richtig, dass die Sonne dann, wenn sie im Sternzeichen Jungfrau stehen sollte, großenteils noch im Sternbild Löwe steht! Siehe http://www.cortesi.ch/Wissen/wi_tk.htm oder auch http://de.wikipedia.org/wiki/Tierkreiszeichen. Die Astrologen haben deshalb den Begriff Tierkreiszeichen erfunden. Offensichtlich stimmt also das Sternbild Jungfrau nicht mit dem Tierkreiszeichen Jungfrau überein. Vor rund 2000 Jahren war dies aber nicht so. Die Sonnen hinkt heute (nicht früher) rund ein Sternbild hinterher. Zwar sind die Sternbilder laut der Definition von 1920 unterschiedlich groß, so dass das Durchqueren mal länger, mal kürzer dauert. Aber die Sonne ist trotzdem im Mittel ungefähr einen Monat zu spät dran! Dies ist auch physikalisch zu erklären: Die Erde verhält sich wie ein Kreisel, der bei seiner Drehung um seine Achse präzediert. h) Aufgabe: Welches Sternzeichen gilt, in welchem Sternbild steht die Sonne? 15.9. // 18.9. // 28.12. // 21.3. // 19.4. ? 4 Bewegung der Sonne um 50 v. Chr. i) Vor rund 2000 Jahren fielen die Tierkreiszeichen und die Tierkreissternbilder zusammen! Wähle den 15.9.50 v. Chr. (ankreuzen bei der Eingabe des Datums), Uhrzeit 12:20, und notiere Dir im Heft, wo damals die Sonne stand. Wenn Du Lust hast, kannst Du die Position der Sonne noch zu anderen Zeiten vor gut 2000 Jahren beobachten. Die Sonne ist jetzt in den Sternbildern, in denen sie sein sollte. 481358016 W.Seyboldt Stand: 1.4.10 Arbeitsblatt „Ein Jahr“ - Astronomie Seite 5 Graf-Zeppelin-Gymnasium j) Vergleiche nochmals die Position der Sonne am 23.8.50 v.Chr. mit der heutigen Position am 23.8.2010. Skizziere die Umgebung der Sonne zu beiden Zeitpunkten in Dein Heft. Die Astrologie ist offensichtlich vor 2000 Jahren entstanden. k) In 2000 Jahren wird die Sonne nochmals rund ein Sternbild zusätzlich zurück sein. l) Lese: http://de.wikipedia.org/wiki/Pr%C3%A4zession dort vor allem Präzession der Erdachse und http://de.wikipedia.org/wiki/Zyklus_der_Pr%C3%A4zession. Notiere im Heft die Dauer der Präzession und wann die Menschen dies erstmals beobachtet haben? Wann beginnt, begann das Zeitalter des Wassermanns, von dem die Astrologen gerne reden? m) Übrigens: Man hört oft, dass die Ägypter bereits 3000 v. Chr. die Pyramiden sehr genau nach Norden ausgerichtet hätten und dabei den Polarstern als Hilfe genommen hätten. Wähle in Skychart das Datum 3000 v. Chr., blicke nach Norden suche den Polarstern und animiere dann mit 1 Std.. Was fällt Dir auf? 481358016 W.Seyboldt Stand: 1.4.10
