Astronomisches Praktikum in der Schule - AM BRG Kepler

Werner Probst:
Astronomisches Praktikum in der Schule
Diplomarbeit am Inst. F. Theoretische Physik,
Karl-Franzens-Universität Graz 1997
Betreuer:
Univ.-Prof. Heimo Latal
Dr. Gerhard Rath
Inhaltsübersicht
Warum Astronomie in der Schule?
Internationale Projektwoche des IAAC in Krk: "Meer und Sterne"
Sonnenuhren im Unterricht
Einsatz von Teleskopen im Unterricht
Beobachtungsvorschläge
1. 1 Warum Astronomie in der Schule?
Dies ist natürlich eine Frage, die man auch bezüglich jedes anderen Unterrichtsthemas stellen könnte.
Diskussionen über die Sinnhaftigkeit verschiedenster Schulfächer werden immer wieder geführt. Als
Beispiel sei nur die Abschaffung des Lateinunterrichtes genannt. Leider geraten aber gerade die harten
Naturwissenschaften, wie die Physik, all zu oft auf die Kürzungsliste für neue Unterrichtspläne. Die
Astronomie kann man ja durchaus als Teilgebiet der Physik sehen, das aber nach meinen Erfahrungen im
Unterricht von den meisten Lehrern stiefmütterlich behandelt wird, was wahrscheinlich auf die mangelnde
Kenntnis der Studienabgänger auf diesem Gebiet zurückzuführen ist. Dabei ist Astronomie nichts anderes als
angewandte Physik. Diese Situation ist übrigens in Deutschland, vor allem in den neuen Bundesländern,
wesentlich besser als in Österreich. Da es zur Zeit unrealistisch ist, Astronomie als eigenes Unterrichtsfach
zu fordern, ist es notwendig, diese faszinierende Wissenschaft wenigstens im Physikunterricht wieder mehr
zu berücksichtigen.
In früherer Zeit zählte die Astronomie zu den großen wissenschaftlichen Disziplinen. Sie wird ja überhaupt
als die älteste Wissenschaft bezeichnet. Bereits vor mehreren Jahrtausenden entdeckten Menschen die
regelmäßige Aufeinanderfolge von Tag und Nacht, Jahreszeiten und Mondphasen. Bauwerke und schriftliche
Überlieferungen von alten Kulturvölkern wie den Ägyptern, Chinesen, Griechen, Inkas und anderen mehr
enthalten Beweise für uralte astronomische Kenntnisse. Als Beispiel sei nur Stonehenge in England genannt,
dessen Alter mittels Radiocarbonmethode auf 1600 v. Chr. (frühe Bronzezeit) datiert wurde (Stichwort
Archäoastronomie).Von diesem Ort aus wurde der Lauf der Gestirne beobachtet. So ist die Prozessionsstraße
von Stonehenge innerhalb weniger Bogenminuten zum damaligen Sonnenaufgang am Tag der
Sommersonnenwende hin orientiert. Der gestirnte Himmel war für diese Menschen noch die Welt der Götter
und des Übersinnlichen.
Die Griechen begannen als erstes Volk mit einer mathematischen Beschreibung der Abläufe am Himmel.
Das Wort Kosmos kommt ja aus dem griechischen und steht für Schmuck und Ordnung. So entwickelte sich
aus der ästhetischen Faszination bei der Betrachtung des nächtlichen Himmels die Astronomie als die Lehre
von der Ordnung des gestirnten Himmels.
Erst Mitte unseres Jahrtausends entwickelte sich die Astronomie weitgehend zu dem was sie heute ist-
durch die bedeutenden Arbeiten von Kopernikus, Kepler, Galilei und Newton.
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Seit jeher übt der gestirnte Himmel und der Lauf von Sonne, Mond und Planeten eine Faszination auf
die Menschen aus. Dieser Faszination kann sich kaum jemand entziehen, der sich mehr mit der Natur
und ihren Erscheinungen auseinandersetzt. So kann es durchaus als Krankheit unserer modernen Zeit
gesehen werden, daß der Großteil der Bevölkerung keine offenen Augen mehr für die Schönheiten der
Natur hat. Was einen guten Naturwissenschafter auszeichnet, ist die besondere Begabung des
geduldigen und aufmerksamen Beobachtens. Hier eignet sich gerade die Astronomie sehr gut, um die
Jugend wieder mehr in dieser Hinsicht zu schulen. Vor allem die Welt der jungen Menschen ist ja sehr
schnelllebig, geprägt von Musik, Fernsehen, Werbung usw. Da kann natürlich so etwas Unscheinbares
wie z. B. eine partielle Sonnenfinsternis keine Aufmerksamkeit erwecken. Deshalb sollte ein Ziel des
Astronomieunterrichtes sein, die Augen der Schüler wieder mehr auf solche unscheinbaren aber
immerhin doch kosmischen Erscheinungen zu lenken. So soll es einem Menschen doch auffallen, wie
hell die Venus zur Zeit als Abendstern strahlt (und kein UFO ist), wie nahe Jupiter heute abend beim
Mond steht, morgen aber doch schon deutlich weiter entfernt ist usw. Kann man in der Schule ein
Verständnis für diese Phänomene vermitteln, so wird doch bei einigen das Interesse für weitere
astronomische Erscheinungen geweckt. In weiterer Folge bekommt der Schüler eine Vorstellung vom
Aufbau des Kosmos und von der Stellung des Menschen im Weltall. Damit hat die Astronomie auch
eine Bedeutung für den Religions- und Philosophieunterricht. So hat zum Beispiel der große Philosoph
Immanuel Kant in seinem Buch "Allgemeine Naturgeschichte und Theorie des Himmels" seine Theorie
über die Entstehung unseres Planetensystems veröffentlicht. Viele bedeutende Literaten und
Philosophen haben sich durch die Faszination des nächtlichen Himmels zu wichtigen Arbeiten
inspirieren lassen. Vielleicht erscheint es dann doch reizvoll, zumindest einige Sternbilder am
nächtlichen Firmament ausmachen zu können oder an einem Abend im Spätherbst einen Blick durch
den Feldstecher auf die über 2 Millionen Lichtjahre entfernte Andromeda-Galaxie zu werfen.
Gerade jetzt macht die Wissenschaft gewaltige Fortschritte, was die Gewinnung neuer Erkenntnisse
über die Abläufe im Weltall betrifft. Dabei gibt es so spannende Themen wie einen bemannten Flug
zum Mars oder die Entdeckung ferner Planetensysteme. Aufgabe des Physiklehrers sollte es also sein,
die Schüler für die Astronomie zu begeistern. Denn der derzeitige Wissensstand in der Bevölkerung
über Astronomie muss als katastrophal bezeichnet werden. Das Ergebnis einer Umfrage unter
Besuchern des Berliner Zeiss-Großplanetariums soll hier kurz angeführt werden.(Zeitschrift Sterne und
Weltraum, Ausgabe 8-9/98) Es ging darum, die 3 folgenden Aussagen mit richtig oder falsch zu
beurteilen:
a) "Der Polarstern ist der hellste Stern des Himmels"
b) "Kometen sind kleine Gesteinsbrocken, die in der Erdatmosphäre verglühen."
c) "Den Mars kann man von der Erde aus mit bloßem Auge sehen."
Diese Aussagen sind so gewählt, dass ihre richtige oder falsche Beurteilung repräsentativ für einen
weiten Bereich astronomischer Kenntnisse ist. a) wurde von 65 % als richtig beurteilt, b) fanden 64,3 %
als wahr und c) wurde nur von 35,7 % als richtig angesehen. Nebenbei sei noch erwähnt, dass 20,5 %
davon überzeugt sind, dass die Astronomie Horoskope erstellt.
Als weiterer Faktor ist noch zu berücksichtigen, dass Planetariumsbesucher zum überwiegenden Teil
Personen sind, die für astronomische Informationen offen sind. Weiters lag der Altersschnitt bei nur 31
Jahren. Fast 1/3 waren Akademiker. Deshalb ist durchaus der Schluss zugelassen, dass eine
Straßenbefragung noch schlechtere Ergebnisse geliefert hätte. Dass es in Anbetracht dieser Fakten
notwendig ist, zumindest das Interesse für die Astronomie bei den jungen Menschen zu steigern, liegt
klar auf der Hand. Ich musste feststellen, dass selbst viele Physikstudenten nicht wissen, wie die
Mondphasen zustande kommen. Es fehlen oft nur die Anstöße, um über solch scheinbar einfache Fragen
kurz nachzudenken.
Es steht außer Diskussion, dass die Jugend in den Schulen mit einer sehr großen Fülle an
Unterrichtsstoff konfrontiert wird, der von den jungen Leuten sehr viel abverlangt. Deshalb soll es im
Astronomieunterricht nicht noch zu einem zusätzlichen schweren Bombardement mit komplizierten
Formeln und Fakten kommen. Denn dadurch wird man in den Schülern wohl kaum das Interesse an der
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Astronomie wecken können. Das Befassen mit den Phänomenen des Weltalls soll den Schülern Freude
bereiten. Sie sollen so viel wie möglich selbst arbeiten und selbst entdecken. Dadurch prägt sich das
erhaltene Wissen besser ein und bleibt länger erhalten. Was nützt es, schwierige Formeln auswendig zu
lernen, die sehr bald wieder vergessen werden. Die Faszination, die ja von allen Naturwissenschaften
ausgeht, war ja schon immer das Entdecken von Neuem und das Verstehen von Phänomenen aller Art.
Es war ja der viel zitierte Entdeckergeist, der Galilei zur Verwendung eines Fernrohres zur Erforschung
des Himmels motivierte. Und genau diese Möglichkeit des eigenen Entdeckens soll den Schülern nahe
gelegt werden. Es ist im Unterricht möglich, den historischen Verlauf der vielen Entdeckungen und
Weiterentwicklungen in der Astronomie sozusagen noch einmal selbst zu erleben. Man beginnt bei der
antiken Beobachtung (z. B. Untersuchung des Sonnenlaufs mit einem Schattenstab) und endet bei der
theoriebeladenen modernen Astrophysik (z. B. Behandlung von schwarzen Löchern). Es geht also um
eine nachvollziehbare Darstellung der wissenschaftlichen Forschungsmethoden und nicht um eine bloße
Schilderung von Ergebnissen. Dadurch kann es gelingen, den Schülern die Astronomie als
faszinierendes Abenteuer zu präsentieren. Davon kann der gesamte Physikunterricht profitieren.
Es ist bereits als schöner Erfolg anzusehen, wenn ein Schulabgänger hin und wieder freiwillig eine
populärwissenschaftliche Zeitschrift liest oder sich selbst bei Gelegenheit die Frage stellt: ..Welcher
Stern ist denn das?"
Um dieses Ziel zu erreichen, ist es sinnvoll, in der Schule astronomische Messungen durchzuführen.
Durch deren Auswertung kann sich der Schüler sein astronomisches Weltbildselbst erarbeiten. Bei
diesen Messungen kommt es nicht auf eine möglichst hohe absolute Genauigkeit an, sondern der
Schüler soll nach seinen Möglichkeiten genau arbeiten. Zu hoher Rechenaufwand und mathematische
Spitzfindigkeiten sollen vermieden werden. Sie erschweren nur die Erreichung des gewünschten Zieles.
Astronomie wird oft als High-Tech-Wissenschaft angesehen, die dem Normalbürger unzugänglich ist.
Genau das Gegenteil soll den Schülern nahe gelegt werden. Es ruft ja meistens schon Verblüffung
hervor, dass der helle Stern am Morgenhimmel unser Nachbarplanet Venus ist, oder dass man bereits im
Feldstecher die vier großen Jupitermonde erkennen kann. Durch bewusste Beobachtung rücken ferne
Himmelsobjekte in fast greifbare Nähe.
Ausgerüstet mit einem Feldstecher oder einem kleinen Teleskop kann jeder selbst am nächtlichen
Himmel auf Entdeckungsreise gehen. Es soll in diesem Zusammenhang erwähnt werden, dass auch
heute noch ein Großteil der neuen Kometen von Hobbyastronomen mit relativ kleinen Fernrohren
gefunden werden. All diese Kometen tragen nun die Namen von Amateuren, die sich in ihrer Freizeit
mit Astronomie beschäftigen. Ernsthafte Hobbyastronomen können in Bereichen wie Beobachtung von
veränderlichen Sternen, Meteorströmen, Sternbedeckungen und eben Kometen eng mit professionellen
Astronomen zusammenarbeiten. In welcher Wissenschaft ist das heute sonst noch möglich?
Ein weiteres wichtiges Argument für die stärkere Einbindung der Astronomie in den Schulunterrricht ist
ihre fächerübergreifende Eigenschaft. Sie ist hervorragend dazu geeignet zu demonstrieren, wie wichtig
interdisziplinäres Arbeiten in der Wissenschaft ist. Der enge Zusammenhang zwischen Astronomie,
Physik (viele Spezialgebiete wie Atom-, Plasma-, Festkörperphysik, Relativitätstheorie,
Quantenmechanik, Optik, usw.) und Mathematik ist einleuchtend. Weiters findet man im Weltraum
extreme, im Labor nicht zu realisierende Bedingungen vor. Darunter fallen Temperatur, Druck,
Strahlungsintensitäten usw. Aber auch für Chemiker und Biologen wird der Weltraum immer
interessanter. Die Entdeckung von Glyzin und ähnlich komplexen Molekülen in der Molekülwolke Sgr
B2 (Zeitschrift Sterne und Weltraum, Ausgabe 10/94) ist ein Beispiel dafür. Das berühmte
Fußballmolekül C60 wurde ja im Weltall gefunden (Zeitschrift Sterne und Weltraum, Ausgabe 12/91)
und wird heute bereits, wegen vieler technischer Anwendungsmöglichkeiten, in Massenproduktion
hergestellt. Auch die Frage nach der Entstehung von Leben auf der Erde kann vielleicht im All ihre
Antwort haben. Fächerübergreifendes Zusammenarbeiten mit Mathematik, Physik und Chemie bietet
sich also an. Die astronomische Forschung im Verbund mit anderen Disziplinen ist durchaus auch
anwendungsorientiert. Das Gegenteil wird ja der Astronomie oft vorgeworfen. Man denke nur an Zeit-
und Ortsbestimmungen, Spektroskopie, Photometrie und die Raumfahrt.
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Abschließend möchte ich noch über die Einführung des Faches Astronomie am Immanuel-
Kant-Gymnasium in Leinfelden (Deutschland) berichten. (Zeitschrift Sterne und Weltraum, Ausgabe
10/94) Dieses Beispiel zeigt gut, wie sehr Schüler für die Astronomie begeistert werden können.
Vor 14 Jahren wurde an diesem Gymnasium zum ersten Mal für die 12. Klasse der Oberstufe das Fach
Astronomie angeboten. Wichtig ist zu erwähnen, dass in klaren Nächten mit den Schülern an einem
kleinen Refraktor und einem C 8 (Schmidt-Cassegrain mit 8" Öffnung) astronomische Beobachtungen
durchgeführt wurden. Zur gleichen Zeit wurde im Rahmen von Projekttagen erstmals das Projekt
Astronomie angeboten. Schwerpunkt war die Astrophotographie. Die Begeisterung war so groß, dass
beim nächsten Mal schon mehrere astronomische Themen angeboten wurden. Seither ist die Astronomie
in dieser Schule und während den Projekttagen nicht mehr wegzudenken. Die Begeisterung unter den
Schülern für die Astronomie wurde so groß, dass viele zu Mitgliedern an der örtlichen Sternwarte
wurden und an fast jeder klaren Nacht dort anzutreffen sind. Ein wichtiges Zitat aus dem Aufsatz über
die Arbeit an dieser Schule möchte ich noch wiedergeben:
..Es ist einfacher, den Schülern Kugelsternhaufen, Galaxien, Spektrallinien dann zu erklären,
wenn sie es mit dem eigenen Auge sehen und selbst bemerken, dass die Sterne in
unterschiedlichen Farben leuchten, als lange, strapaziöse Vorträge zu halten."
Das unterstreicht noch einmal die Wichtigkeit der Anschaffung zumindest kleiner Fernrohre für die
Schule. Physikunterricht ohne Experimente ist undenkbar. Selbes gilt für den Astronomieunterricht und
das aktive Beobachten des Himmels. Ausschlaggebend für den großen Erfolg am
Immanuel-Kant-Gymnasium war sicher zu einem großen Teil, dass die Schüler Astronomie in der Nacht
am Teleskop hautnah erleben konnten.
Am Ende meines Plädoyers für die Astronomie in der Schule möchte ich eine Aussage aus der
Einleitung einer von der Astronomischen Gesellschaft 1957 veröffentlichten Entschließung zum
Astronomieunterricht wiedergeben: "Wir halten es für erforderlich und möglich, ohne zusätzliche
Belastung des Unterrichtes jedem Schulkind eine knappe aber richtige Vorstellung vom Aufbau unserer
Welt zu vermitteln."
1.2 Internationale Projektwoche des IAAC in Krk
Wertvolle Erfahrungswerte für das Arbeiten mit Schülern zu astronomischen Themen konnten bei der
IX. Internationalen Projektwoche des IAAC in Krk gewonnen werden. IAAC steht für Internationales
Alpen-Adria College, und veranstaltete bereits zum 9. Mal eine Projektwoche mit Lehrern und Schülern
aus dem Alpen-Adria Raum. Vom 22.6. bis 30.6. 1996 nahmen Professoren und Schüler aus
Tschechien, Slowakei, Polen, Slowenien, Kroatien und Österreich teil. Untergebracht wurden die
Teilnehmer bei Camping Jezevac am Rande des Ortes Krk auf der gleichnamigen Insel in Kroatien. Das
Leben in einer kleinen Zeltstadt unter Pinien auf einem ca. 1000 ha großen Areal, nur 50 m vom Meer
entfernt, sorgte bereits für eine sehr entspannte Atmosphäre. Das Motto der Veranstaltung lautete: "Das
Meer und die Sterne ".
Insgesamt wurden 5 Arbeitsgruppen zu den Themenbereichen Biologie, Chemie, Kultur und
Geschichte, Dokumentation/Funk und eben Astronomie gebildet. Die Schüler konnten sich aussuchen,
zu welcher Gruppe sie wollten, wobei allerdings versucht wurde, bezüglich der Staatsangehörigkeit
möglichst gemischte Gruppen zu bilden. Der Run auf die Astronomiegruppe hielt sich etwas in
Grenzen. Es war festzustellen, dass die Schüler nicht so recht wussten, was sie dort erwarten würde.
Abgesehen von einem 4"-Refraktor auf parallaktischer Montierung standen uns keine
Beobachtungsgeräte zur Verfügung. Es ging also darum, mit möglichst einfachen Mitteln Astronomie
zu betreiben. Ein Umstand, der durchaus beabsichtigt war. Denn die Astronomie hat ja den Ruf, eine
High-Tech-Wissenschaft zu sein, die nur von Berufsastronomen in ihren riesigen Observatorien und mit
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Satelliteneinsatz betrieben werden kann. Dass aber auch ein Normalbürger sehr viel Astronomie selbst
erleben kann, sollte in dieser Woche den Schülern demonstriert werden. Bei der Planung der konkreten
Beobachtungs- und Messungsarbeiten war es vorerst notwendig, sich Klarheit über den Stand der
Gestirne in dieser Woche zu verschaffen. Aus einem astronomischen Jahrbuch (Keller, Das
Himmelsjahr 1996, Kosmos Verlag) gewann ich folgende Daten:
1.2.1 Ephemeriden der beobachtbaren Himmelskörper in der Projektwoche
(Zeiten in ~vMSZ)
Sonne
Aufgang Untergang Höhe zu Mittag
5:13 21:02 68' um 13:05
Sonnenwende ist am 21.6. um 4:24 . Dunkle Nacht ist ca. von 22:30 bis 3:50 Uhr. (Ende bis Anfang der
astronomischen Dämmerung.)
Mond
Datum Aufgang Kulmination Untergang
23.6. 12:27 18:38 -----
24.6. 13:30 19:23 0:44 1/4
25.6. 14:35 20:10 1:12
26.6. 15:40 21:00 1:43
27.6. 16:49 21:53 2:17
28.6. 19:57 22:50 2:58
D. h. , in den ersten paar Tagen stünde in der 2. Nachthälfte ein mondloser, dunkler Himmel zur
Beobachtung von lichtschwachen Objekten zur Verfügung.
Venus
ist Morgenstern, geht um 3:12 auf und kulminiert um 10:33. Sie ist als sehr schmale aber große Sichel
zu sehen (Durchmesser 49", -4.4 mag). Beobachtung am Taghimmel dürfte möglich sein.
Jupiter
nähert sich seiner Opposition (4.7.), und ist daher gut zu beobachten. Allerdings beträgt seine maximale
Höhe über dem Horizont nur ungefähr 22'. Sein Aufgang erfolgt ca. um 21:15 und die Kulmination um
1:50 (25.6.). Sein Durchmesser beträgt 47" bzw. 44". Am 23.6. kommt es zu beobachtbaren
Jupitermond-erscheinungen. Um 22:47 beginnt der Durchgang von Europa vor der Jupiterscheibe und
um 22:51 kommt es auf Ganymed zu einer Sonnenfinsternis, da der Mond vom Jupiterschatten
verfinstert wird.
Saturn
könnte in der zweiten Nachthälfte beobachtet werden. Er geht leider erst um 1:06 auf. Sein Ring ist jetzt
wieder schön zu sehen. Saturn hat einen Durchmesser von 15" bzw. 17".
Uranus
ist im Fernrohr als kleines grünliches Scheibchen mit einem Durchmesser von nur 3.7" zu sehen. Er geht
um 22:20 auf und kulminiert um 2:30.
Komet Hale-Bopp
Dieser Komet soll im Frühjahr 1997 sensationelle Helligkeitswerte erreichen. Seine diesjährige
Oppositionsschleife führt ihn 1996 durch die Sternbilder Schild und Schlangenträger, was bedeutet, dass
er im Juni/Juli die ganze Nacht über sichtbar sein sollte. Es besteht also die berechtigte Hoffnung, dass
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er in der Projektwoche ein leichtes Feldstecherobjekt darstellt. Abgesehen von der etwas ungünstigen
Mondphase würden also einige interessante Objekte zur Beobachtung zur Verfügung stehen. Die Auf-
und Untergangszeiten im verwendeten Jahrbuch beziehen sich auf 10' östliche Länge und 50' nördliche
Breite. Die Angaben wurden mit für unsere Zwecke hinreichender Genauigkeit auf die Koordinaten von
Krk korrigiert.
Nun folgt eine Auflistung der Themen, die in Erwägung gezogen wurden. Es soll gleich angemerkt
werden, dass bei der Planung nicht erwartet wurde, dass auch alles durchgeführt wird. Eine gewisse
Eigendynamik wäre sehr zu begrüßen. Das heißt, auf spezielle Wünsche und Neigungen der Schüler
soll eingegangen werden, und wie das Wetter wird, weiß man ja auch nicht.
1.2.2 Vorschläge für astronomische Versuche in dieser Woche
• Bau und Arbeiten mit einem Gnomon (Sonnenhöhe zu Mittag und Südrichtung bestimmen)
• Bau einer äquatorialen Sonnenuhr
• Bau eines Jakobsstabes und anschließende Winkelmessungen
• Beobachtung der Sonnenflecken mit dem Refraktor (Projektionsmethode)
• Beobachtung von Mond, Jupiter, Saturn, Venus und einigen Deep Sky Objekten mit dem
Teleskop
• Bei Schlechtwetter Informations- und Diskussionsstunden zu astronomischen Themen.
• Handhabung einer Drehbaren Sternkarte
• Auffinden des Polarsterns und einiger wichtiger Sternbilder
• Bestimmung der geographischen Breite am Tag und in der Nacht
• Strichspuraufnahmen mit Spiegelreflexkamera
• Winkelmessungen am Himmel mit Quadrant
• Versuch von Eratosthenes (gleichzeitige Messung der Schattenlängen in Krk/Budweis oder
Torun)
1.2.3 Tatsächlicher Ablauf der Projektwoche
Gleich am Anreisetag mussten wir leider feststellen, dass wir es verabsäumt hatten, Petrus von der
Durchführung unserer Projektwoche in Kenntnis zu setzen. Da es regnete, mussten wir die erste Nacht
im Turnsaal der Sredna Skola Krk verbringen. Dort wurden auch die Gruppeneinteilungen
vorgenommen und allgemeine organisatorische Dinge besprochen. Am nächsten Tag war es dann doch
möglich, die Zelte aufzustellen und mit der Arbeit in den Gruppen zu beginnen.
1. 2.3. 1 Bau einer äquatorialen Sonnenuhr
Auf die genaueren theoretischen Hintergründe und Bauweisen von Sonnenuhren wird in einem späteren
Kapitel eingegangen. Her soll nur berichtet werden, wie die einzelnen Projektarbeiten von den Schülern
aufgenommen wurden.
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Natürlich war es vorerst notwendig, die Schüler über die nötigen theoretischen Hintergründe
aufzuklären. Es wurde ausschließlich die äquatoriale Sonnenuhr behandelt, da sie vom Funktionsprinzip
her am leichtesten zu verstehen ist. Man kann nach Behandlung der scheinbaren Sonnenbahn am
Himmel sehr schnell plausibel machen, warum eine äquatoriale Sonnenuhr die Zeit misst. Ein großer
Vorteil ist die äquidistante Skalierung des Ziffernblattes, dass somit auch leicht von den Schülern selbst
angefertigt werden kann.
Die theoretische Einführung ist in einer sehr angenehmen Atmosphäre verlaufen. Schüler und Lehrer
setzten sich am Campingplatz an einem geeigneten Ort im Halbschatten unter die Bäume, und
besprachen das Thema. Der Unterricht musste zweisprachig, nämlich in Deutsch und Englisch, gehalten
werden. Es gab deshalb Schüler, die die Erklärungen besser verstanden (jetzt rein fremdsprachlich
gemeint) als die anderen. Das hört sich vorerst wie ein Nachteil an, entpuppte sich aber sogar als
Vorteil. Denn so waren die Schüler dazu angehalten, sich die Dinge gegenseitig noch einmal zu
erklären. Behandelt wurden die scheinbare Sonnenbahn am Himmel, die Himmelskoordinaten und
schließlich die Funktionsweise einer äquatorialen Sonnenuhr.
Da eine äquatoriale Sonnenuhr, sofern sie nicht verstellbar gebaut wird, nur für eine bestimmte
geographische Breite stimmt, sollte für jede Schule der Teilnehmer eine passende Uhr gebaut werden.
So war es notwendig, dass die Schüler den Breitengrad ihrer jeweiligen Schule aus dem Atlas
ermittelten. Dies wurde in Gruppenarbeit durchgeführt, und entwickelte eine hervorragende
Eigendynamik. Es kam zu sehr angeregten Diskussionen über das Koordinatennetz der Erde. Die
Schüler waren wirklich mit Begeisterung bei der Sache. Es wurde eine Fülle von wirklich intelligenten
Fragen gestellt.
Nachdem alle Breitengrade ermittelt waren, ging es ans Werken. Es mussten die jeweiligen Dreiecke
aus den vorbereiteten Holzplatten im richtigen Winkel herausgesägt werden. Anschließend wurden noch
die Ziffernblätter aufgezeichnet, wobei die Schüler ihrer Kreativität freien Lauf lassen konnten. Alte
Klischees wurden bestätigt, da sich bei den Sägearbeiten die Burschen und beim Gestalten des
Ziffernblattes die Mädchen in Szene setzten. Am Ende der Arbeiten konnten die Schüler jeweils für ihre
Schule die individuelle Sonnenuhr präsentieren. Es war dann auch interessant zu sehen, wie
unterschiedlich die Uhren jetzt in Krk anzeigten. Der Breitengradunterschied zwischen Budweis und
Krk zum Beispiel beträgt immerhin fast 4 Grad. Der Unterschied in der Zeitanzeige ist zwar klein, aber
doch erkennbar. (Er beträgt bei 4 Grad ca. 6 Minuten). Bei einem Spaziergang entlang des Hafens von
Krk konnten die Schüler dann auch eine dort angebrachte Sonnenuhr als Jalsch gehend" entlarven,
nachdem wir gemeinsam überlegten, wie diese Uhr funktioniert.
1. 2.3.2 Bau eines Jakobsstabes
Der Jakobsstab ist ein historisches Visierinstrument zur Winkelmessung und seit dem 13. Jhdt. bekannt.
In der Seefahrt wurde er noch bis ins 19. Jhdt. verwendet und ist somit als Vorläufer des allgemein
bekannten Sextanten zu sehen. Auf einem mit einer Gradskala versehenen Stab ist ein Querholz
verschiebbar angebracht, über dessen Endmarken zwei Ziele anvisiert werden, deren Winkelabstand
dann abzulesen ist.
Dieses Instrument mit den Schülern zu bauen, ist didaktisch sehr wertvoll, da damit demonstriert
werden kann, wie mit etwas Überlegen aus einfachen Mitteln ein effizientes Winkelmessinstrument
konstruiert werden kann. Weiters wird das Verständnis des Winkelbegriffes vertieft. Beim praktischen
Beobachten kann dann zum Beispiel gut verfolgt werden, wie sich der Mond im Laufe einer Nacht vor
dem Fixsternhimmelhintergrund weiterbewegt. (in der Stunde ca. um 0,5 Grad)
Das Funktionsprinzip konnte den Schülern schnell plausibel gemacht werden, indem einfach jeder mit
seinem Daumen ( ca. 1,5') und der eigenen Faust (ca. 6') mit ausgestrecktem Arm Winkelabstände von
unterschiedlich entfernten Objekten abschätzte. Diese Methoden zur Winkelabschätzung haben
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durchaus praktische Bedeutung, wenn zum Beispiel die Länge einer beobachteten Meteorspur
angegeben werden soll oder wie groß der Abstand der Bahn zu einem bekannten Stern war.
Da es aus zeitlichen Gründen nicht möglich war und auch die nötigen Werkzeuge nicht zur Verfügung
standen, wurden der Holzstab und das Querholz mit Bohrung den Schülern zur Verfügung gestellt. Sie
hatten dann noch die Aufgabe, Nägel weiß zu lackieren und als Visierkimme in das Querholz zu
schlagen. Grund für Diskussionen und Überlegungen war dann noch die Aufbringung der Skalierung,
die von mir bekannt gegeben wurde. Wie einem aufmerksamen Beobachter aus Tschechien aufgefallen
war, sind die Abstände der Skalenstriche keinesfalls äquidistant. Der Grund dafür wurde nach
gemeinsamen Überlegungen zur genauen Funktionsweise des Stabes herausgefunden. Die
Skalenabstände gehorchen natürlich einer Tangensfunktion, die ja bekanntlich keinesfalls linear
verläuft. Es wurden wieder einige Exemplare von Jakobsstäben angefertigt, so dass jede Schule ein
Exemplar mit nach Hause nehmen konnte.
1. 2.3.3 Beobachtungen mit dem Refraktor
Begonnen wurde mit terrestrischen Beobachtungen am Tag, um den Schülern bei dieser Gelegenheit das
Funktionsprinzip des Teleskops zu erklären und die Vergrößerungsfähigkeiten zu veranschaulichen. Es
war für alle Schüler das erste Mal, dass sie durch so ein Gerät blickten. Somit war die "Zoomfähigkeit"
eines Fernrohres doch eine beeindruckende Erfahrung. Anvisiert wurden entfernte Häuser, Segelboote
am Meer usw. Die geplante Beobachtung der Venus am Taghimmel war leider wegen der schlechten
Durchsicht nicht möglich.
Die Beobachtung der Sonnenflecken mittels Projektion des Sonnenbildes auf einen weißen Schirm
konnte durchgeführt werden. So war es möglich, die Bewegung der Sonne am Himmel, also die
Rotation der Erde, zu demonstrieren, da das Teleskop zwar parallaktisch montiert war, aber über keine
Nachführung verfügte. Umbra und Penumbra der Flecken waren schön zu erkennen und auch die
sogenannten Fackeln am etwas dunkleren Sonnenrand waren deutlich zu sehen. Die Schüler waren
somit der Sonne so nahe wie noch nie zuvor in ihrem Leben. Somit drängten sich auch zahlreiche
Fragen zum Thema auf, die dann besprochen und geklärt wurden. Bei dieser Sonnenbeobachtung wurde
bestätigt, wie wichtig das Experiment und die Veranschaulichung im naturwissenschaftlichen Unterricht
ist. Im Klassenraum an der Tafel wäre es wesentlich schwieriger, das Interesse für das Wesen der Sonne
bei den Schülern zu wecken.
Das gleiche gilt für die Beobachtungen mit dem Teleskop am Nachthimmel. Leider waren die
Bedingungen nie gut genug, um Deep Sky Objekte zu zeigen. Trotzdem wurde einmal ein
Beobachtungstermin um 2 Uhr in der Nacht am Meeresstrand vereinbart. Es war den Schülern allerdings
freigestellt, ob sie sich diese Nachtschicht antun wollten. Am Programm standen die Beobachtung von
Jupiter, der zu dieser Zeit kulminiert, Saturn und einigen galaktischen Objekten.. Es war sehr erfreulich,
dass fast alle Schüler, auch einige von anderen Arbeitsgruppen, zum vereinbarten Beobachtungsort
gekommen waren. Diejenigen die fehlten, hatten sich am nächsten Tag sehr darüber beschwert, dass der
Weckruf zu leise ausgefallen sei. Dieser wurde übrigens von einem Lehrer mittels Jagdhorn ausgeführt.
Die Atmosphäre mitten in der Nacht, direkt am Meer war wirklich außergewöhnlich schön. Die milden
Temperaturen trugen ihren Teil dazu bei. Leider war die Durchsicht mäßig, reichte aber, um zumindest
Jupiter zu beobachten. Die vier galileischen Monde, die ovale Form des Gasriesen und zwei äquatoriale
Bänder waren trotz der schlechten Bedingungen von jedem zu erkennen. Es wurde vorher nicht
angekündigt, was die Schüler beim Blick durch das Okular erwarten wird, sondern sie sollten mitteilen,
was sie beobachtet konnten, was die Neugier der anderen erhöhte. Es bildete sich eine Schlange vor dem
Okular des Teleskops. Jeder war brennend daran interessiert, Jupiter mit den eigenen Augen sozusagen
aus nächster Nähe zu betrachten. Für die Wartenden wurden die hellen Sternbilder und der Polarstern
am Himmel gezeigt. Drehbare Sternkarten kamen auch zum Einsatz. Natürlich wurde auch einiges
Wissenswerte zum Thema Jupiter nebenbei erzählt und gestellte Fragen wurden beantwortet. Eine
zusätzliche Erschwernis war das Fehlen einer Nachführung für das Teleskop. So musste das Jupiterbild
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immer wieder von Hand in die Mitte des Blickfeldes eingestellt werden. Außer Jupiter konnten nur noch
die beiden Doppelsterne Albireo im Schwan, der sich durch die unterschiedliche Farbe der
Komponenten (blau, rot) auszeichnet, und Mizar im großen Wagen, der sogar als Dreifachstern zu sehen
ist, beobachtet werden. Saturn blieb leider hinter Wolken versteckt. Dann machten leider noch mehr
aufziehende Zirrusbewölkung und auch die hereinbrechende Dämmerung der Beobachtungstätigkeit ein
Ende. Trotz der schwierigen Umstände war die Beobachtung Jupiters am Teleskop der Höhepunkt für
die Astronomiegruppe. Es ist gelungen, den Funken der Begeisterung für die Beobachtung des
Nachthimmels auf die Schüler überspringen zu lassen. Durch die Freiwilligkeit der Teilnahme an der
Beobachtungsnacht und die ungezwungene, lockere Atmosphäre war natürlich ein krasser Unterschied
zum herkömmlichen Schulalltag gegeben. Bemerkenswert war, wie die Schüler Spaß dabei hatten,
etwas Neues kennenzulernen. Eine wichtige Erkenntnis für den Unterricht in der Schule war, dass
Astronomie nur unter freiem Nachthimmel wirklich gut vermittelt werden kann, und dieser auch von
den schönsten Computerprogrammen nicht ersetzt werden kann. Der Physiksaal der Astronomie ist das
Himmelszelt.
Am nächsten Tag konnte dann am Abend auch noch der Mond beobachtet werden. Leider war das
Mondalter (4 Tage vor Vollmond) zu einer wirklich guten Beobachtung nicht mehr geeignet. An sich ist
der Mond das dankbarste Beobachtungsobjekt für ein Fernrohr. Eine Gruppe, die einen
Dokumentationsfilm über die Woche anfertigte, versuchte das Filmen des Mondbildes durch den
Refraktor. Das Ergebnis war erstaunlich gut.
Abschließend kann gesagt werden, dass ein Fernrohr nahezu unerschöpflich viele Möglichkeiten für
Projektarbeiten mit Schülern offen lässt. In Deutschland sind zahlreiche Schulen mit eigenen kleinen
Sternwarten ausgerüstet, was in Österreich nur zur Nachahmung empfohlen werden kann. Die
Anschaffungskosten für ein universell einsetzbares Schmidt-Cassegrain Teleskop betragen ungefähr
ATS 40.000,-. Als Alternative wäre noch der Besuch einer Volkssternwarte im Rahmen einer Exkursion
möglich. Bei dieser Gelegenheit soll auch auf die vielen Beobachtungsmöglichkeiten mit einem
einfachen Feldstecher hingewiesen werden. Fast jeder Schüler hat Feldstecher und Sternenhimmel zu
Hause.
Höhepunkt der Projektwoche war dann ein großes Abschlussfest, bei dem alle Gruppen die Ergebnisse
ihrer Arbeiten präsentieren konnten. Die Astronomiegruppe zeigte die hergestellten Sonnenuhren und
Jakobsstäbe sowie den auf die Sonne eingestellten Refraktor.
1.2.4 Resümee
Es ist natürlich klar, dass sich die Verhältnisse bei einer Projektwoche dieser Art völlig vom normalen
Schulalltag unterscheiden.
- Nur ausgewählte Schüler nahmen daran teil, d. h. die "ganze Klasse" war interessiert und leicht
zur Mitarbeit zu bewegen. Problemfälle fehlten.
- Das Leben auf einem Campingplatz erzeugt das Flair einer Abenteuerwoche, in der die Schüler
sozusagen auf Entdeckungsjagd gehen.
- Leistungs- oder Notendruck war nicht vorhanden.
- Der Kontakt zu Jugendlichen anderer Nationen ist ein zusätzlicher Anreiz, der die Motivation
weiter hebt. Wie viel wissen Schüler anderer Länder?
- Die Schüler konnten selbst entscheiden, in welcher Gruppe sie mitarbeiten wollten, was die
Freude an der Arbeit fördert.
- Es stand fast eine ganze Woche für ein Fach zur Verfügung. Die Einschränkung durch den
Stundenplan war nicht gegeben.
Mit etwas Nachdenken wird jeder Einzelne noch weitere Unterschiede finden.
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In dieser Projektwoche konnte Astronomie wirklich dort betrieben werden, wo sie passiert, nämlich im
Freien unterm Himmelszelt. Die Sternkunde ist hervorragend dazu geeignet, um den jungen Menschen
die Augen wieder mehr für die Schönheiten einer intakten Umwelt und die Ästhetik allgemein zu
öffnen. Dass die Bereitschaft dafür vorhanden ist, zeigte die Begeisterung für die Beobachtung des
Sternenhimmels am Meer. Immanuel Kant hat mit folgendem Ausspruch sowohl die Schönheit und
Erhabenheit der kosmischen Objekte und Erscheinungen als auch die fundamentale Bedeutung
astronomischen Forschens herausstellen wollen:
"Zwei Dinge erfüllen das Gemüt mit immer neuer und zunehmender Bewunderung und Ehrfurcht, je
öfter und anhaltender sich das Nachdenken damit beschäftigt: Der gestirnte Himmel über mir und das
moralische Gesetz in mir ".
Aufmerksame Hobbyastronomen konnten in den letzten 20 Jahren eine eindeutige Verschlechterung der
Beobachtungsbedingungen durch die Luftverschmutzung feststellen. Die zunehmende Verbauung der
Landschaft manifestiert sich durch eine gewaltige Zunahme der Lichtverschmutzung, das heißt es wird
immer schwieriger, wirklich Plätze zu finden, die einen wirklich dunklen Nachthimmel ohne störende
Aufhellung durch künstliche Lichtquellen bieten. Hat die Jugend wieder ab und zu den Wunsch, einen
klaren Sternenhimmel zu betrachten, so wird auch das Bewusstsein für die Wichtigkeit des
Naturschutzes gefördert.
Eine persönliche Erfahrung von mir wurde bei dieser Projektwoche wieder einmal bestätigt. Das
potentielle Interesse für Astronomie ist in der Bevölkerung sehr stark vorhanden. Die anfängliche Scheu
der Schüler vor dem Unbekannten wich bald großer Begeisterungsfähigkeit. Die schier unendliche
Größe des Weltraums und die darin verborgenen Geheimnisse übten seit jeher große Faszination auf die
Menschen aus, was auch noch heute bei Gesprächen mit Bekannten und bei der Arbeit mit Kindern und
Jugendlichen festzustellen ist. Im Astronomieunterricht werden ja so vertraute Dinge, wie die
Entstehung der Mondphasen behandelt, aber genauso unvorstellbar weit entfernte Quasare hinterfragt.
So kann den Schülern wirklich gut vor Augen geführt werden, wie viel in einer wissenschaftlichen
Disziplin schon erforscht und entdeckt wurde, und wie sehr damit aber auch die Anzahl der noch
offenen Fragen immer mehr angestiegen ist.
Von den vorbereiteten Arbeitsthemen wurden fast alle im Laufe der Woche behandelt. Allerdings nicht
so starr Punkt für Punkt, sondern die Themen sind ineinander teilweise verflossen. Der Grund dafür ist
die Eigendynamik und Spontaneität, die sich entwickelt hat. So wurde nicht gesagt, heute Nachmittag
behandeln wir den Jakobsstab und beenden dieses Kapitel um 16.00 Uhr, sondern es wurde den Dingen
freier Lauf gelassen. Themenbereiche, die größeres Interesse hervorriefen, wurden ausführlich
behandelt, bis alle zufrieden waren. Trockene und zu sehr theoretische Bereiche wurden auf das
Notwendigste beschränkt.
Bei dieser Vorgangsweise ist es natürlich notwendig, dass sich der Betreuer sehr umfassend vorbereitet.
Es kann sein, dass gut geplante Themen ins Wasser fallen, und man sich stattdessen in Bereiche
vorwagen muss, wo man nicht so sattelfest ist. Dieser Umstand kann aber als interessanter Anreiz für
den Betreuer gesehen werden.
Auf jeden Fall konnte in der Projektwoche den Schülern ein Einblick in die Astronomie gewährt
werden. Wichtig ist vor allem, dass sie nicht mit zu schwierigen Themen gleich zu Beginn vergrämt
wurden, sondern dass das Hauptaugenmerk auf das Wecken des Interesses für diese Wissenschaft gelegt
wurde. Der schönste Erfolg ist es, wenn die Teilnehmer in Zukunft bei der Konfrontation mit
astronomischen Themen eine positive Grundeinstellung haben, und sich gerne damit beschäftigen.
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