Vorbereitende Aktivitäten für Lehrende ... und Schüler/innen
| Autor/inn/en: | |
| Publikation: | 9.11.2005 |
| Übersicht: |
Es werden Experimente vorgeschlagen, auf die sich die/der Lehrende
stützen kann, um in ihrer/seiner Klasse entsprechende Aktivitäten
zu organisieren. Mit Hilfe einer Taschenlampe und zweier Bälle werden Sonne, Erde und Mond simuliert. Die Schüler/innen sollen dazu gebracht werden, das Ereignis einer Mondfinsternis selbst nachzustellen und vorauszusagen, was bei einer Mondfinsternis zu beobachten ist. |
| Herkunft: | La main à la pâte, Paris |
Wenn man mir von Finsternissen erzählen würde
Heutzutage scheinen das breite Publikum und die Astronom/inn/en das schöne Schauspiel einer simplen Mondfinsternis gleichermaßen zu schätzen. Um das beeindruckende Ereignis einer vollständigen Sonnenfinsternis zu beobachten, das viel seltener vorkommt und nur von bestimmten Orten der Erde aus zu sehen ist, machen sich ganze Massen von Liebhaber/inne/n auf die Reise.
Aber worum handelt es sich genau? Eigentlich ist es sehr einfach. Damit die Verfinsterung eines Gestirns stattfindet, d.h. damit der Eindruck erweckt wird, dass es mehr oder weniger dunkel wird, ja sogar verschwindet, sind drei Teilnehmer nötig, die sozusagen Verstecken spielen: Man braucht dazu eine Lichtquelle und zwei Gegenstände, die alle drei so auf einer Linie liegen, dass einer der Gegenstände sich zwischen dem anderen Gegenstand und der Lichtquelle befindet.
Abb. 1
Wie Abb. 1 zeigt, gibt es in diesem Fall zwei Möglichkeiten. Wenn es sich bei den drei Teilnehmern um Sonne, Erde und Mond handelt, erlebt ein/e Beobachter/in auf der Erde (Fall A) eine Mondfinsternis: Der Mond, der hinter unserem Planeten "versteckt" ist, wird nicht mehr von den Sonnenstrahlen erhellt. Im Fall B erlebt der/die Beobachter/in eine Sonnenfinsternis: Von der Sonne, die vom Mond "versteckt", besser gesagt verdeckt wird, ist nur noch die Corona sichtbar. An dieser Stelle sei daran erinnert, dass eine Sonnenfinsternis nur aufgrund eines bemerkenswerten Zufalls zu beobachten ist: Von der Erde aus gesehen sind Sonne und Mond fast gleich groß ... Warum? Weil der Mond, dessen Durchmesser in Wirklichkeit 4000 mal kleiner als derjenige der Sonne ist, gleichzeitig 400 mal näher an der Erde ist!
Setzen Sie sich in einem abgedunkelten Zimmer vor eine nicht zu starke Lichtquelle, die die Sonne darstellt (eine schwenkbare Bürolampe zum Beispiel). Ihr Kopf ist die Erde, ihr Auge ein/e sich auf der Erde befindliche Beobachter/in und ihre rechte Hand, zur Faust geballt, der Mond.
Abb. 2
Beginnt damit, dass ihr der Lampe den Rücken zukehrt und hebt die Faust in Höhe eures Gesichts und zwar mit leicht nach rechts ausgestrecktem Arm: Eure Faust ist beleuchtet, es ist somit Vollmond. Bewegt nun die Faust leicht nach links: Sobald sie vor eurem Gesicht vorbeigeht, wird sie dunkel, weil sie nicht mehr beleuchtet ist: Das ist die (Mond-)finsternis.
Die Finsternis wird zu Ende sein, sobald eure Faust wieder beleuchtet ist, nachdem sie an eurem Gesicht vorbeigezogen ist. Merkt euch schon jetzt, dass eine Mondfinsternis von allen Beobachter/inne/n, die sich auf einer Hälfte der Erde – natürlich auf deren Nachtseite – befinden, gesehen werden kann, was, wie wir sehen werden, bei den Sonnenfinsternissen nicht zutrifft.
Gewiss werdet ihr bemerkt haben, dass euer Schatten auf die Wand vor euch fällt, und dass im Augenblick der Finsternis, der Schatten eurer Faust in den Schatten eures Kopfes "eingetreten" ist. In der Tat ist eure Faust wirklich in einen Schattenbereich eingedrungen, der jedoch dreidimensional ist und sich zwischen euch und der Wand befindet. Hinsichtlich des Planeten Erde geschieht genau dasselbe und da die Erde kugelförmig ist, hat ihr Schattenbereich die Form eines sehr lang gezogenen Kegels. Bei einer totalen Mondfinsternis dringt dieses Gestirn völlig in den Kegelschatten der Erde ein und verlässt ihn nach durchschnittlich anderthalb Stunden wieder.
Fangt jetzt noch mal von vorne an, aber haltet zum Beispiel eure Faust ein bisschen höher, sodass nur ihr unterer Teil in den Schattenbereich eures Kopfes eintritt. (Ihr könnt das leicht prüfen, indem ihr einen Blick auf die Wand werft.) Da ihre obere Hälfte beleuchtet bleibt, habt ihr gerade eine partielle Finsternis nachgestellt.
Macht das Ganze nun ein letztes Mal und haltet diesmal eure Faust noch höher, dann wird selbstverständlich überhaupt keine Finsternis stattfinden! In dieser Weise zieht der Mond die meiste Zeit entweder oberhalb oder unterhalb des Schattenbereichs der Erde vorbei, weil die Ebene seiner Umlaufbahn mit derjenigen unseres um die Sonne kreisenden Planeten einen Winkel von etwa 5 Grad bildet: Wenn diese beiden Ebenen in einer Ebene zusammenfallen würden, dann fände einmal im Monat, immer bei Vollmond, eine totale Finsternis statt! Dass sich Sonne, Erde und Mond auf einer Linie befinden, geschieht dennoch, aber ziemlich selten: Man zählt drei oder vier Mondfinsternisse im Verlauf eines Jahres, alle Arten von Finsternissen zusammengenommen. Es gibt nämlich noch eine weitere Art von Mondfinsternis. Man nennt sie Halbschattenfinsternis: Aber was ist der Halbschatten?
Wenn ein Gegenstand durch eine nicht punktförmige Lichtquelle beleuchtet wird, besteht der Schattenbereich, der sich hinter ihm bildet, tatsächlich aus zwei Teilen: dem Schatten als solchem und einem "helleren" Schatten, der den ersteren umschließt, dem Halbschatten. Dieser ist normalerweise nicht immer leicht zu entdecken, außer durch eine mehr oder weniger sichtbare Verschwommenheit am Schattenrand. Wenn ihr aber eine Lampe besitzt, die sich drehen lässt und mit einem glatten, metallischen Reflektor versehen ist – auch eine einfache Taschenlampe reicht aus –, müsstet ihr theoretisch den Halbschatten erkennen können, der den Schatten eines Gegenstandes umgibt, wenn ihr folgendermaßen vorgeht:
Ihr entfernt euch diesmal vom Lichtstrahl und stellt irgendeinen Gegenstand, der die Erde darstellt, zwischen die Glühbirne und ein weißes Blatt Papier, das etwa 1,5 m von der Lampe entfernt ist. Ihr werdet einen Schatten erhalten, der im Zentrum sehr dunkel ist, aber von einem helleren, einige Zentimeter breiten Rand umgeben ist, bei dem es sich um nichts anderes als um den Halbschatten handelt (Abb. 2). Wenn der Gegenstand kreisförmig ist, bildet der Halbschatten einen Ring: Ihr könnt dann eine Halbschattenfinsternis simulieren, wenn ihr einen kleinen Papiermond wie in der Zeichnung 2a dargestellt befestigt. Wenn die Lichtquelle kleiner wird – indem man z.B. den Reflektor der Lampe entfernt –, wird auch der Halbschatten kleiner (Zeichnung 2b): Er verschwindet ganz, wenn die Quelle punktförmig wird, wie beispielsweise bei einer nackten Halogenlampe.
Abb. 3
Abb. 3 zeigt das Schema einer totalen Mondfinsternis (natürlich ohne Rücksicht auf die Proportionen). Da die Sonne größer ist als die Erde, wird, im Gegensatz zu Abb. 2, der Schattenkegel immer schmaler. Da die Lichtquelle sehr weit von unserem Planeten entfernt ist, ist dieser Kegel sehr in die Länge gezogen (seine Spitze ist über eine Million Kilometer entfernt!) und der Winkel, den er mit dem Halbschatten bildet, ist praktisch Null (er beträgt nur etwa ein Grad). Auf dieser Skizze kann man außerdem erkennen, dass eine totale Mondfinsternis mit dem Halbschatten beginnt, dann ist sie partiell, bevor sie zu einer totalen Mondfinsternis wird.
Abb. 4
Wie sich das Aussehen unseres Satelliten während einer Finsternis ändert, wird im pädagogischen Teil detailliert erklärt. Wir stellen zunächst einfach fest, dass der Mond mehr oder weniger dunkel wird und in bestimmten Fällen eine hübsche kupferfarbene oder rötliche Färbung erhält. Diese Färbung verdankt er der Erdatmosphäre, die einen Teil der Sonnenstrahlen an den Mond weitergibt, nachdem sie die blauen Strahlen absorbiert hat.
Kugeln "verfinstern"
Nach den individuellen "Versuchen", werden die Kinder gewiss nach einer neuen Unterrichtsstunde verlangen, aber diesmal dürfen sie mit Hilfe von Kugeln und Bällen "in echt" Finsternis spielen. Allerdings werden manche Kinder, nachdem sie die oben beschriebenen Simulationen brav nachgestellt haben, es sich nicht nehmen lassen, ihre Phantasie spielen zu lassen, indem sie zum Beispiel die Stellung, also die Rolle, der beiden "Sterne" vertauschen, und der/dem Lehrer/in mitteilen: "Schau mal! Ich versuche, meine Erde im Schatten meines Mondes zu verfinstern, aber das klappt nicht, weil mein Mond kleiner ist! Und schau mal, wie lustig das aussieht: Man sieht den kleinen Kreis des Schattens der Kugel, wie er auf dem Ball spazieren geht!" Unser/e junge/r Forscher/in ahnt nicht, dass er/sie – oh Wunder! – gerade dabei ist, eine Sonnenfinsternis zu simulieren.
Verschiedene Gegenstände "verfinstern"
Zweifellos werden die Kinder auch sehen wollen, was mit Gegenständen geschieht, die nicht kugelförmig sind. Sie werden zunächst jene nehmen, die ihnen in die Hand fallen. Dann wird der/die Lehrer/in ihnen vorschlagen, Gegenstände zu verwenden, die rund aber flach sind, anschließend welche, die flach sind aber unterschiedliche Formen haben, und schließlich auch dreidimensionale Gegenstände (aus Baukastenelementen hergestellt: Zylinder, Würfel, Pyramiden). Diese Gegenstände werden zunächst als "Erde" oder "Mond" fungieren (sie werden also mit einem kleinen oder einem großen Ball verknüpft) und dann beide Rollen übernehmen.
Die Schüler/innen werden Verschiedenes feststellen: Beispielsweise hängt der Schatten eines flachen Gegenstandes stark von seiner Ausrichtung gegenüber der Lichtquelle ab. Außerdem sieht der Schattenbereich einer Scheibe, deren Ebene der Lichtquelle direkt gegenübersteht, aus wie der Schatten einer Kugel. Schließlich erscheint der gerade Rand eines kleinen Brettes auf einer Kugel gekrümmt, während er auf einer Scheibe gerade bleibt...
Material
Schwenkbare Bürolampe
