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Schülerprojekte

 

Schülerprojekt: Nachweis des Flächensatzes am Beispiel von γ Virginis

Die Keplerschen Gesetze werden z.B. in Thüringen im Astronomie-Kurs mit grundlegendem Anforderungsniveau der Oberstufe thematisiert. Im zugehörigen Lehrplan heißt es im Unterpunkt "Die Gültigkeit der Naturgesetze" des Themenbereichs "3.1 Methoden der Erkenntnisgewinnung":

"Der Schüler kann [...] die Keplerschen Gesetze [...] erklären, anwenden, themenbezogene Aufgaben lösen und die Ergebnisse interpretieren".

Das Schülerprojekt "Nachweis des Flächensatzes am Beispiels des Doppelsterns γ Virginis" bietet hierzu die Möglichkeit. Die Auswertung der Flächen kann dabei auf drei unterschiedliche Varianten erfolgen: Computergestützt mit der kostenlosen Software GeoGebra, durch Auszählen der Koordinatenkästchen oder durch Wägen der Teilstücke. Alle drei Varianten sind im Projekt beschrieben. Für die Auswertung mit GeoGebra wird zusätzlich die Datei "Auswertung gamma-Virginis - Schüler.gbb" benötigt. Für Lehrer existiert hierzu eine separate, passwortgeschützte Lösung.

Zum Schülerprojekt existiert eine umfassende Lösung für Lehrer. Diese ist passwortgeschützt. Bei Interesse wenden Sie sich bitte per E-Mail an: Stefan Völker.


Schülerprojekt: Die Bestimmung der Masse visueller Doppelsterne

Die Zustandsgrößen eines Sterns sind fester Bestandteil der Astronomie-Lehrpläne und des Unterrichts. Unter allen Zustandsgrößen nimmt die Masse eine besonders wichtige Rolle für die Entwicklung des Sterns ein. Sie kann jedoch bis auf wenige Ausnahmen nur für Doppelsterne mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Umso wichtiger sind diese für die Astronomen.

Das Projekt "Die Bestimmung der Masse visueller Doppelsterne" zeigt am Beispiel des Doppelsterns 70 Ophiuchi im Sternbild Schlangenträger das Prinzip, sowie Probleme und zugehörige Lösungen der Massenbestimmung. Das Projekt kann vom Schüler weitestgehend selbstständig bearbeitet werden. Hierfür wird ein Computer-Arbeitsplatz mit Mircosoft Excel und GeoGebra, sowie ein CAS-Taschenrechner benötigt.

Benötigtes Material:

Zum Schülerprojekt existiert eine umfassende Lösung für Lehrer, sowie eine bereits bearbeitete Variante der Materialien. Beides ist passwortgeschützt. Bei Interesse wenden Sie sich bitte per E-Mail an: Stefan Völker.



Schülerprojekte über Exoplaneten

Projekt 1 - Exoplanetensuche mit dem CoRoT-Satellit - Die Entdeckung von CoRoT-1b

Die Exoplanetenforschung ist in den letzten Jahren zu einem wichtigen Teilgebiet der Astronomie gewachsen und ist aus der heutigen Forschungslandschaft nicht mehr wegzudenken. Langsam halten Exoplaneten nun auch Einzug in den Astronomieunterricht. So sind sie im Moment Bestandteil der Lehrpläne in Thüringen, Sachsen, Sachsen-Anhalt, Baden-Württemberg und Bayern.

Das Projekt "Exoplanetensuche mit dem CoRoT-Satellit - Die Entdeckung von CoRoT-1b" bietet die Möglichkeit, die Entdeckung des Exoplaneten CoRoT-1b anhand wissenschaftlicher Originaldaten nachzuvollziehen und so mit den Schülern die Theorie der Exoplaneten im projektartigen Unterricht zu erarbeiten.

Zum Schülerprojekt existiert eine umfassende Lösung für Lehrer. Diese ist passwortgeschützt. Bei Interesse wenden Sie sich bitte per E-Mail an: Stefan Völker.



Ergänzung zu Projekt 1 - Bestimmung der Inklination aus der Transitlichtkurve

Ein Transit, dass Vorüberziehen eines Exoplaneten über die Sichtlinie zwischen der Erde und seinem Mutterstern, kann nur dann statt finden, wenn die Inklination der Bahn annähernd oder exakt 90° beträgt. Aus diesem Grund ist es mögliche alle Auswertungsschritte im Projekt 1 - "Exoplanetensuche mit dem CoRoT-Satellit - Die Entdeckung von CoRoT-1b" unter der Annahme i = 90° durchzuführen. Die daraus resultierenden Ungenauigkeiten sind vernachlässigbar klein.

Möchte man jedoch den exakten Werte der Inklination wissen, muss hierfür die Transitlichtkurve genauer untersucht werden. Dies wird in der Ergänzung zum Projekt 1 - "Bestimmung der Inklination aus der Transitlichtkurve" beschrieben und soll dem Lehrer eine Möglichkeit der Binnendierenzierung für besonders leistungsstarke Schüler an die Hand geben. Dabei kann der Lehrer selbst entscheiden, ob er dem Schüler die genauen Vorgaben oder nur den frei formulierten Arbeitsauftrag zur Bestimmung der Inklination vorgibt.


Projekt 2 - Exoplaneten auf elliptischen Bahnen

Die drei Keplerschen Gesetze sind fester Bestandteil der Schulastronomie. Angewandt werden Sie dabei zumeist auf die Planeten unseres Sonnensystems. Stellt man sich jedoch die Bahnen der Planeten unseres Sonnensystems so stark verkleinert vor, dass jede der großen Halbachsen genau einen Meter betrage, so ist die Abweichung von der Kreisbahn mit bloßen Auge beinahe nicht erkennbar. Nur Merkur mit einer dann etwa 2cm kürzeren großen Halbachse lässt eine Chance die Ellipse zu erkennen. Für alle anderen Planeten ist die Abweichung deutlich geringer, im Bereich weniger Millimeter. Nähern wir die Bahnen dann (zurecht) durch Kreisbahnen an, so verlieren die ersten beiden Gesetze Keplers ihren Reiz, denn viele Effekte werden erst auf elliptischen Bahnen sichtbar.

Das Projekt "Exoplaneten auf elliptischen Bahnen" beschäftigt sich mit der Form der Radialgeschwindigkeitskurve von Exoplaneten auf elliptischen Bahnen. Der Schüler kann die Unterschiede zur Kreisbahn dabei anhand wissenschaftlicher Originaldaten nachvollziehen und die Ellipse, als Kegelschnitt aus dem astronomischen Zusammenhang heraus kennenlernen. Durch die Aufhebung des Spezialfalls der Kreisbahn ist der Schüler weiterhin gezwungen mathematische Verfahren des Oberstufenunterrichts in neuen Kontexten anzuwenden. Hierzu zählt u.a das Differenzieren mit Produkt- und Kettenregel sowie das Auswertung und Interpretieren von Funktionsgraphen.

Um die Thematik im Unterricht einführend zu visualisieren kann die Geogebra-Simulation Form der Radialgeschwindigkeitskurve.ggb verwendet werden.

Zum Schülerprojekt existiert eine umfassende Lösung für Lehrer. Diese ist passwortgeschützt. Bei Interesse wenden Sie sich bitte per E-Mail an: Stefan Völker.


Ergänzung zu Projekt 2 - Bestimmung der Umlaufperiode eines Exoplaneten

Die Suche und Auswertung periodischer Signale beschäftigt die Astronomen schon seit langer Zeit. Bekannte Beispiele der modernen Forschung sind die Entfernungsbestimmung mit Hilfe der δ-Cepheiden, die Entdeckung des ersten Neutronensterns oder die Exoplanetensuche mit Hilfe der Radialgeschwindigkeitsmethode. Alle diese Anwendungen werden dadurch erschwert, dass die Periode eines astronomischen Prozesses nicht a priori bekannt ist und nächtliche Beobachtungen an viele einschränkende Faktoren (Tages- und Jahreszeit, Wetter, Beobachtungsort usw.) gebunden sind. So gelingt es in der Regel nicht innerhalb einer Periode genügend Beobachtungsergebnisse zu sammeln um den funktionellen Zusammenhang (Messwert, Zeit) zu erfassen.

In der Ergänzung zum Projekt 2 "Bestimmung der Umlaufperiode eines Exoplaneten" werden verschiedene Methoden zur Bestimmung der Umlaufperiode eines Exoplaneten vorgestellt und auf die Radialgeschwindigkeitsdaten des Sterns HD 17156 angewandt. Die hier bestimmte Periode und damit berechnete Radialgeschwindigkeitskurve bilden die Grundlage für das Projekt 2 "Exoplaneten auf elliptischen Bahnen". Zur Durchführung der Ergänzung ist ein Computer-Arbeitsplatz, sowie die Software EXCEL von Microsoft notwendig. Ich empfehle die Ergänzung, vor der Bearbeitung des Projektes, einmal mit den Schülern gemeinsam durchzuführen. Die so erzeugte Radialgeschwindigkeitskurve kann dann zur weiteren Bearbeitung an alle Schüler ausgegeben werden.

Für die Ergänzung benötigte EXCEL-Datei:

Periodenbestimmung - HD 17156 - Schüler.xlsm
Periodenbestimmung - HD 17156 - Lehrer.xlsm


Schülerprojekt: Spektralklassifikation

Empfängt man das Licht eines Sterns mit Hilfe eines Detektors, so verät der Stern zunächst nur seine Position am Nachthimmel und seine scheinbare Helligkeit. Spaltet man das Licht vor der Detektion jedoch spektral auf, so öffnet man die Tür zur Bestimmung von Sterntemperatur, -masse und -radius, chemischer Zusammensetzung und Radialgeschwindigkeit des Sterns und Vielem mehr.

Das Projekt "Spektralklassifikation im Unterricht" bietet die Möglichkeit, das Einteilen der Sterne in Spektralklassen einmal praktisch mit Schülern durchzuführen. Es besteht aus zwei Teilen, die sowohl zusammenhängend, als auch getrennt durchführbar sind. Im ersten Teil wird die Harvard-Klassifikation auf Hauptreihensterne angewandt, bevor im zweiten Teil die Leuchtkraftklassen verschiedender A0-Sterne bestimmt werden. Zur Durchführung des Projektes ist ein Computer-Arbeitsplatz, sowie die Software EXCEL von Microsoft notwendig.

Für das Projekt benötigte Spektren:

 Spektren Teil 1 - Schüler
 Spektren Teil 2 - Schüler
 Spektren Teil 1 - Lehrer
 Spektren Teil 2 - Lehrer

Zum Schülerprojekt existiert eine umfassende Lösung für Lehrer. Diese ist passwortgeschützt. Bei Interesse wenden Sie sich bitte per E-Mail an: Stefan Völker.