Projektarbeiten 2018

Jahresarbeiten des Projektkurses Astronomie in der Stufe Q1/2018

Galaxienfotografie in der Großstadt Wuppertal

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Lorena Paff und Maximilian Jotzo

Starburst-Galaxie M82 im Sternbild Ursa Major

Unsere Sonne mit ihrem acht großen Planeten und hunderttausenden Zwergplaneten und Kometen ist nur eine von rund 100 Milliarden Sternen, die zusammen eine Galaxie bilden, die wir Milchstraße (Galaxis) nennen. In den Tiefen des Universums erwarten den nächtlichen Sternbeobachter wiederum Milliarden von Galaxien. Zwei besonders eindrucksvolle Galaxien, die „Zigarrengalaxie“ M82 (links) und den Andromedanebel M31 (unten) haben Max und Lorena mit dem Celestron 11-Teleskop der Sternwarte und der Farbkamera Canon EOS 450D aufgenommen. M82 zeichnet sich durch eine ungewöhnlich hohe Sternentstehungsrate im Zentrum aus.

Als sensationell darf gelten, dass es Lorena und Max gelang, aus der Großstadt Wuppertal heraus den veränderlichen Einzelstern AF And und die Kugelsternhaufen G114 und G235 in unserer großen Schwestergalaxie im Universum, der Andromedagalaxie M31 abzulichten. AF And hatte einige Wochen vor dem Foto einen Helligkeitsausbruch und konnte nur deshalb in 2,5 Millionen Lichtjahre Entfernung noch gesehen werden. Ein Rekord für die Sternwarte.

Das Zentrum unserer Nachbargalaxie M31 (Andromedanebel) mit Ausbruch des Sterns AF And und Kugelsternhaufen

Juwelen am Nachthimmel – Die offenen Sternhaufen der Galaxis

Aileen Lehnert

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Vorbereitung auf eine Beobachtungsnacht: Aileen am Celestron 11 EdgeHD Teleskop

Nicht alle Sterne sind „Einzelgänger“ wie unsere Sonne. Sterne entstehen in der Regel als Haufenmitglieder in einer Wolke aus Wasserstoff und Staub, die sich beispielsweise durch die Druckwelle einer nahen Supernova an unterschiedlichen Stellen verdichtet und Sterne bildet, in deren Zentren der Kernfusionsofen brennt. Ein solch prächtiger offener Sternhaufen ist M37 im Sternbild Fuhrmann in rund 4000 Lichtjahren Entfernung. Im Celestron 11-Teleskop der Sternwarte funkeln die „jungen“, rund 347 Millionen Jahre alten heißen, blauen Sterne wie ein mit Diamanten gefülltes Schmuckkästchen. Aileen fotografierte M37 und einen weiteren Haufen, M35 in den Zwillingen, mit der Farbkamera Canon EOS 450D und addierte bei jedem Sternhaufen alle digitalen Bilder zu einem Summenbild auf. In der Nachbearbeitung mit Photoshop wurden Bildfehler, die im Aufnahmeprozesse unweigerlich enthalten sind, entfernt, so dass sehr gute Endergebnisse entstanden.

Offener Sternhaufen M37 im Sternbild Auriga

Deep-Sky-Fotografie galaktischer Nebel


Mike Bratek und Patrick Möbius

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C11 Hyperstarsystem am C11 EdgeHD mit STF-8300M CCD-Kamera

Ein „galaktischer Nebel“ ist eine Staub- und Gaswolke, die überwiegend aus Wasserstoff besteht, dem häufigsten chemischen Element im Universum, das den Sternen zur Energieerzeugung dient. Um diese im Licht des Wasserstoffs leuchtenden Nebel am aufgehellten Wuppertaler Nachthimmel fotografieren zu können, muss das störende Streulicht mit einem H-alpha-Filter unterdrückt werden. Dies gelang Mike und Patrick mit dem Celestron 11 Hyperstar-Teleskop und der monochromen CCD-Kamera STF-8300M, ausgestattet mit einem H-alpha-Filter. Aufgenommen, und mit den Methoden der digitalen Bildbearbeitung ausgearbeitet, wurden der „Herznebel“ IC 1805 (Foto), der Rosettennebel NGC 2244 und der Orionnebel M42.

Herznebel IC 1805 im Sternbild Cassiopeia in H-alpha

Supernovae und Planetarische Nebel

Philip Weinem und Franka Stallmann

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Der „Krebsnebel“ M1 im Sternbild Taurus stellt das Endstadium einer Supernova dar, die im Jahr 1054 AD explodiert ist

Die Endstadien der Sternentwicklung dokumentierten Franka und Philip mit dem professionellen großen 50cm-Teleskop unserer Sternwarte in eindrucksvoller Weise. Sterbende Sterne erzeugen in einem finalen Masseauswurf spektakuläre Nebel wie den Kleinen Hantelnebel M76 und den Krebsnebel M1. Zurück bleibt im Zentrum von M76 ein Weißer Zwergstern, bzw. in M1 ein aus Neutronen bestehender, dicht gepackter Stern von nur rund 30 Kilometer Durchmesser, der sich 30mal pro Sekunde um seiner Achse dreht und dabei ein Leuchtfeuer aussendet. Man bezeichnet diesen Stern als Pulsar. Rot leuchtet in diesen Nebeln der Wasserstoff, das blaugrüne Leuchten geht auf Sauerstoff zurück.

Der „Kleine Hantelnebel“ M76 im Sternbild Perseus stellt das Endstadium eines sonnenähnlichen Sterns dar

Automatisierung einer Meteorkamera

Lukas Pajak

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Wie fängt man eine Sternschnuppe ein? Nun, das ist nicht wörtlich zu verstehen, denn Sternschnuppen, die Meteore, sind Leuchterscheinungen hoch oben in der Erdatmosphäre, wenn ein eintretender kleiner Stein- oder Metallbrocken in der Erd-atmosphäre verglüht. Lukas automatisierte die seit 2007 analog betriebene Meteorkamera. Eine Canon DSLR-Kamera befindet sich im Metallgehäuse und fotografiert – nach unten gerichtet – die „Radkappe“, die in Wahrheit ein spezialbeschichteter Parabolspiegel ist. Auf diese Weise überwacht diese „All-Sky-Kamera“ den ganzen Himmel. Die Lichtspur eines Meteors wird mit einem Shutter 30mal pro Sekunde zerhackt, woraus man dessen Geschwindigkeit und Höhe bestimmen kann, wenn dieser Meteor auch von einer Nachbarstation aus aufgenommen wurde. Lukas setzte zur Steuerung der Kamera den Einplatinencomputer Raspberry Pi in das Gehäuse und schrieb das Skript, welches die Kamera dazu veranlasst, in regelmäßigen Abständen Fotos des Himmels aufzunehmen und auf dem AstroServer zur weiteren Verarbeitung abzulegen.       

Die astronomische Entfernungsleiter

Henri Wagner und Hendrik Tackenberg

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500mm-Spieglteleskop CDK 20 in Station 7, mit dem die Lichtkurve von AE UMa aufgenommen wurde

Besucher der Sternwarte fragen häufig: Wie weit kann man mit unseren Teleskopen in den Weltraum blicken? Die Frage ist nicht leicht zu beantworten, interstellare Reisen bleiben uns wegen der kosmischen „Geschwindigkeitsbegrenzung“ verwehrt, so dass zur Entfernungsbestimmung indirekte Methoden angewendet werden müssen. Wie diese Methoden von der Erde bis zum Rand des Universums ineinandergreifen, haben Henri und Hendrik in Ihrer Arbeit dargestellt. Als Anwendungsbeispiel für eine der Methoden, der Perioden-Leuchtkraftbeziehung bei gewissen Pulsationsveränderlichen, wurde der Stern AE UMa der Klasse SX Phoenicis erforscht. Dessen periodische Helligkeitsänderung innerhalb von knapp 2 Stunden ist ein Maß für seine Leuchtkraft, woraus mit unterschiedlichen Verfahren eine Entfernung zwischen 610 und 766 Parsec abgeleitet wurde. Nahe am aktuellen Wert von 787 Parsec, der 2016 vom GAIA-Satelliten trigonometrisch gemessen wurde.   

Lichtkurve des pulsierenden Sterns AE UMa im Sternbild Ursa Major

Variationen im Sternwind des Riesensterns Deneb im Sternbild Schwan

Juliane Neußer und Leon Deveaux

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BACHES Echelle-Spektrograf (b) am 0,5m-Teleskop CDK 20

Ein Sternwind ist mit dem Sonnenwind vergleichbar, der mit seinen elektrisch geladenen Teilchen im besten Fall für schöne Polarlichter in der Erdatmosphäre sorgt, im Ernstfall aber für den Ausfall der Energieversorgung. Aber auch von Sternen geht ein kräftiger Sternwind aus. Juliane und Leon untersuchten mit dem großen 50cm-Teleskop CDK 20 unserer Sternwarte die zeitliche Variation des Sternwindes des im Vergleich zur Sonne 200mal größeren Sterns Deneb, einem sogenannten Leuchtkräftigen Blauen Veränderliche (LBV). Mit dem hochauflösenden BACHES Echelle-Spektrografen nahmen Sie im Herbst eine Reihe von Spektren auf, die Sie hinsichtlich der Bestimmung der Geschwindigkeit des Sternwindes vermaßen. Unregelmäßigkeiten im Verlauf der Ha-Linie deuteten Sie korrekt als „Verklumpungen“ im Sternwind.     

Zeitliche Variationen im Spektrum des Riesensterns Deneb im Sternbild Cygnus (Schwan) deuten auf einen variablen Sternwind hin

Sternspektrographie – Die Entwicklung der Sterne im Hertzsprung-Russell-Diagramm

Moritz van Eimern

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DADOS Spaltspektrograf am TEC160FL

Woher wissen wir, wie die Welt um uns herum aufgebaut ist? Aus welchen chemischen Elementen sind die Sterne zusammengesetzt? Ohne die Methode der Spektroskopie wüssten wir nichts über den inneren Aufbau der Materie. Moritz untersuchte mit dem DADOS-Spektrographen die Sonne und sieben weitere Sterne in der Sonnenumgebung. Er klassifizierte die Sterne, leitete aus den Spektren die jeweilige Oberflächentemperatur ab und wies den Sternen schließlich ihren Platz im berühmten Hertzsprung-Russell-Diagramm zu, in dem alle bekannten Sterne (mehr als eine Milliarde) nach Temperatur und Leuchtkraft verteilt sind. Eine persönliche Entdeckung gelang Moritz während der Aufnahme des Sternspektrums des Sterns Mintaka im Sternbild Orion. Unerwartet zeigte sich neben dem Mintakaspektrum ein weiteres Spektrum eines sehr lichtschwachen Sterns, das Moritz sofort als ähnlich dem von Mintaka klassifizieren konnte. Ein persönlicher Forschungserfolg.

Bestimmung des geographischen Standortes mit einem Pendelquadranten

Jan-Miklas Gehla und Torben Huppertsberg

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Mit einem Pendelquadranten und einer präzisen Uhr bestimmt man die geographischen Koordinaten des Beobachtungsortes

Was im Zeitalter der GPS-Satellitennavigation selbstverständlich erscheint, reicht in den Anfängen bis in die Antike zurück. Die Festlegung der Ursprünge des Erdkoordinatensystems und die Bestimmung des Längen- und Breitengrades eines Ortes auf der Erde erfolgte früher mit Zeit- und Winkelmessungen. Bis zur Erfindung des Teleskops war der Mauerquadrant von Tycho Brahe um 1773 das genaueste Messinstrument. Jan-Miklas und Torben wollten in ihrem Forschungsprojekt herausfinden, wie genau die Koordinaten der Beobachtungsinsel 1 der Sternwarte mit dieser Methode bestimmt werden können: Im Rahmen der Messgenauigkeit auf ca. 6 Bogenminuten genau – ein hervorragendes Ergebnis. Bei der CAD-Konstruktion stand Tobias Gerbracht Pate. Ein großer Dank geht an die Firma C.A.Picard in Remscheid für das Sponsoring des Projekts und die hervorragende Fertigung des Edelstahl-Pendelquadranten.  

Erdsatelliten und das Iridium Satelliten-Kommunikationssystem

Noah Schara und Frederik Tödter

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Lichtspur und Blitz (Flash) des IRIDIUM Satelliten Nummer 18 am 22.2.2018 um 20:08 MEZ

Sie kreisen zu tausenden weitgehend unbemerkt um die Erde: Satelliten, die künstlichen Trabanten der Erde. Und sie übernehmen in der modernen Gesellschaft unverzichtbare Funktionen wie Daten-Transfer, Handy-Telefonie und weltweite TV-Übertragungen. Das Iridium-Netz, welches in dieser Arbeit vorgestellt wird, zeichnet sich besonders aus. Wer war nicht schon mal in einem Funkloch und brauchte dringend Handyempfang? Globetrotter nutzen weltweit von der Arktis bis zu den Wüsten Afrikas und Australiens das leistungsstarke Iridium-Netz. Ab und an, und vor allem genau vorausberechenbar reflektieren die Solarpaneele das Sonnenlicht auf die Erde. Der Betrachter sieht dann für einige Sekunden eine helle Lichterscheinung, die der erfahrene Beobachter nicht mit einer Sternschuppe verwechselt. Iridium 18 wurde am 22.2.2018 von Noah und Frederik erfolgreich aufgenommen.

Gestaltung einer Planetariumsshow und Vorstellung der Station Sternwarte für Grundschulbesuche

Marvin Nölle

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Das Thema dieser Projektarbeit ist das Erstellen einer Planetariumsshow. Da am CFG eine umfassende astronomische Ausstattung für den astronomischen Ausbildungsbetrieb bereitsteht und ich selbst in diesem Bereich schon ab der Klasse 7 aktiv bin, ist die Projektarbeit für mich in Bezug auf das Thema Astronomie naheliegend. Das Planetarium ist darunter etwas ganz Besonderes, da man hier nicht nur bei Nacht und gutem Wetter, sondern zu jeder gewünschten Zeit den Sternenhimmel betrachten kann. Eine Planetariumsshow passt zudem sehr gut zu der Thematik des Projektkurses MiLeNa (MINT Lehrernachwuchsförderung), da man hier auch das Ziel verfolgt, Wissen zu vermitteln. Im Planetarium läuft die Wissensvermittlung allerdings nicht klassisch, sondern gekoppelt an eine unterhaltsame Show, was für mich eine interessante Herausforderung darstellt. Den Projektkurs MiLeNa habe ich gewählt, weil ich mir hiervon erste Erfahrungen für den Lehrberuf erhofft habe. Wie man an der folgenden Dokumentation und der Beschreibung des Projektkurses erkennen kann, hat der Kurs dieses Ziel auf jeden Fall erreicht. Das Konzept des Kurses besteht darin, den Lehrberuf dadurch kennenzulernen, indem man selbst in die Rolle des Lehrers schlüpft. Dafür wurden Grundschulklassen (4. Jahrgangsstufe) eingeladen, mit denen wir unser selbst erstelltes Programm zu den Themen Astronomie und Physik durchgeführt haben.

360°-Panorama der Sternwarte, Standort neben Insel 1
360°-Panorama der Sternwarte, Standort neben Insel 1