Astronomie am Schülerforschungszentrum Wuppertal 2020

von Bernd Koch und Michael Winkhaus

Das Schülerlabor Astronomie genießt aufgrund der intensiven Nachwuchsförderung im Bereich der Astronomie und der vielen, in der letzten Dekade erzielten Erfolge bei Wettbewerben wie Jugend forscht einen hohen Stellenwert. Mit Ausstrahlung auch auf die naturwissenschaftlichen Fächer am CFG, die von einem neu gegründeten SFZ Wuppertal profitieren werden. Näheres zu den Schülerforschungszentren auf der Webseite https://schuelerforschungszentren.de

https://schuelerforschungszentren.de/foerderungen/gefoerderte-sfzs

Ein Grundgedanke der gemeinsam von der Stiftung Jugend forscht und der Joachim Herz Stiftung gegründeten Initiative ist der überregionale Charakter eines SFZ. Externe Schüler*innen haben bereits seit langem die Möglichkeit, Kurse am CFG zu belegen und Fach- bzw. Projektarbeiten am CFG anzufertigen.

Im Fachbereich der Astronomie gab es hinsichtlich der Erstellung von Fach- bzw. Projektarbeiten in diesem Schuljahr eine überaus fruchtbare und erfolgreiche Zusammenarbeit mit Schulen aus dem Bergischen Land. Über die Ergebnisse möchten wir hier berichten.

Melina Anna Mitsakos ist Schülerin der Jahrgangsstufe 9 am städtischen Gymnasium Wülfrath. Melina nahm immer montagnachmittags die Gelegenheit wahr, den AstroTreff am CFG zu besuchen. Sie arbeitete intensiv an ihrem frei gewählten Thema Sterne und Sternentwicklung, welches sie an ihrer Schule als Facharbeit einreichen durfte. Nach Abgabe ihrer ausgezeichneten Facharbeit konnte Melina die Explosion eines Sterns in Form einer Supernova in der 66 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie Messier 61 dokumentieren. Dazu bediente Sie am 9. Mai ein Teleskop per Internet und lernte somit gleich die Arbeitsweise der professionellen Astronomen kennen. Nach ihrem späteren Studienwunsch gefragt, sagte sie spontan: Astrophysik.

Die Supernova SN2020jfo in der Galaxie M61, ein Bericht von Melina Anna Mitsakos

Vor 66 Millionen Jahren endete in der Galaxie M61 (NGC 4303) das Leben eines Sterns mit einer spektakulären Supernova. Am 06.05.2020 erreichte das bei der Supernova ausgesandte Licht die Erde und die Augen vieler Astronomen.

Wenn ein Stern sehr viel Masse hat und die Kernfusion in seinem Inneren nach einer bestimmten Zeit aufhört, fällt der dadurch entstandene nach außen gerichtete Strahlungsdruck weg, und der Stern zieht sich aufgrund seiner eigenen Gravitation (Schwerkraft) zusammen. Gerade der Kern wird dadurch sehr dicht und wenn weiter Material auf die Mitte des Kerns einstürzt, prallt dieses einfach am Kern ab. Es wird ins Weltall zurückgeschleudert und löst dabei noch eine Druckwelle aus, die das Material, das sich in den äußeren Schichten befindet, auch weiter nach außen drückt. Bei einer Supernova wird unglaublich viel Energie freigesetzt, die man in Form von Licht beobachten kann. Eine Supernova kann zwischenzeitlich so hell wie eine ganze Galaxie scheinen, allerdings ist sie schon nach ein paar Wochen nicht mehr im sichtbaren Bereich des Lichtes zu sehen.

Am Freitag berichtete mir Herr Koch von der kürzlichen Entdeckung der Supernova SN2020jfo und fragte mich, ob ich nicht Lust hätte, davon eine Aufnahme zu machen, zumal ich kürzlich erst eine Facharbeit zu dem Thema Sternentwicklung geschrieben habe und mich natürlich brennend dafür interessiere.

Schnell war ein Termin ausgemacht und nur einen Tag später trafen wir uns bei einem Videoanruf über Jitsi und Herr Koch zeigte mir mithilfe der Remote-App AnyDesk, wie man Bilder mit dem Teleskop aufnehmen konnte. Er hatte natürlich vorher schon das Teleskop entsprechend vorbereitet, aber dennoch konnte ich etwas über die Steuerung von Teleskopen lernen, was ich vorher noch nie getan hatte. Das alles war sehr spannend für mich, und das Sahnehäubchen auf dem Ganzen war, dass ich mithilfe selbst aufgenommener Bilder die Supernova, die Galaxie und ihr Umfeld sehen konnte. Das lange Aufbleiben hat sich wirklich sehr gelohnt, und es war für mich eine tolle Erfahrung. Zwei Tage später trafen wir uns erneut zur Bildbearbeitung und Auswertung bei einem Videoanruf. Schließlich maßen wir noch die Helligkeit der intensiv blau erscheinenden und folglich sehr heißen Supernova, wobei wir auf einen Wert von 14,61mag kamen, den auch schon andere Astronomen gemessen haben. Insgesamt war es ein unvergessliches Erlebnis und mein Dank gilt Herrn Koch, der mir dieses ermöglichte.

Nina Suschevici, Julia Ostapiuk, Giuseppe Zaccaria und Vasileios Kyriazidis, Schüler des Wuppertaler Carl-Duisberg-Gymnasiums und Luca Scheurer vom Humboldt-Gymnasium, Solingen belegten den Projektkurs Astronomie am CFG und schlossen ihre Projektarbeit erfolgreich ab. Die Arbeiten und Präsentationen der fünf auswärtigen und 11 CFG-Schüler sind hier nachzulesen:

Karim Ouaamari gehörte zum Projektkurs Astronomie von Lehrer Sven Römer am Gymnasium Kothen und hat hier am CFG ausschließlich die praktische Aufnahme und Verarbeitung von Videos des Planeten Venus erlernt.

https://www.schuelerlabor-astronomie.de/astronomie-in-zeiten-von-corona/#Karim

In Kooperation mit dem Fachbereich Physik und ihre Didaktik der Bergischen Universität Wuppertal unter der Leitung von Prof. Dr. Johannes Grebe-Ellis haben Studierende die Möglichkeit, ihre Bachelor- und Master-Thesis über ein astronomisches Thema anzufertigen. Die in Hinblick auf den astronomischen Teil nötige Fachbetreuung beinhaltet die Teilnahme an Astrokursen und die praktische Arbeit an der Sternwarte des CFG.

In seiner Master-Thesis bereitet Johannes Heinemann schulische Lerninhalte der fachwissenschaftlichen und didaktischen Grundlagen des täglichen scheinbaren Laufs der Sonne am Himmel auf. Dabei spielt der Bezugssystemwechsel von geozentrischem zu heliozentrischem System eine bedeutende Rolle. Außerdem wird auf die Verwendung von angemessener Fachsprache und der für Schüler*innen eventuell problematischen Formulierung von „Scheinbarem“ und „Wahrem“ in der Astronomie eingegangen. Letztlich werden Versuche erarbeitet, die den Tagbogen der Sonne erfahrbar machen sollen und einen Bezugssystemwechsel unterstützen können. In seinem praktischen Teil beschäftigte sich Johannes Heinemann mit der Sonne als Stern. Es gelangen hervorragende Aufnahmen der aktiven Regionen auf der Sonne und Protuberanzen am Sonnenrand, publiziert wurden diese auf der Webseite des Schülerlabors Astronomie.

Gianna-Maria Praum behandelte in ihrer Bachelor-Thesis das Phänomen des Merkur-Transits vor der Sonne, der in gewissen größeren Zeitabständen von der Erde aus beobachtet werden kann. Der zuletzt stattfindende Merkur-Transit fand am 11. November 2019 satt. Es war ein stürmischer, wolkenreicher Tag an der Sternwarte des CFG, so dass das Ereignis leider nicht verfolgt werden konnte.

Für den praktischen Teil ihrer Arbeit hat Gianna-Maria Praum Videos der Phänomene auf der Sonne an der Sternwarte des CFG angefertigt. Die Sternwarte musste dann Mitte März abrupt aufgrund der Corona-Beschränkungen geschlossen werden. Um weitere gute Aufnahmen zu erhalten, konnte Sie das private Teleskop von Bernd Koch im Westerwald von Ihrem Heimatort Ratingen aus fernsteuern. Im Übrigen sehr erfolgreich, wie das Bild der faserigen Protuberanz am 2. April zeigt.

Julia Engeleiter entwickelt an unserem Schülerlabor Astronomie für ihre Bachelor-Thesis mit astronomie-didaktischem Schwerpunkt im FB Physik (Prof. Dr. Johannes Grebe-Ellis) eine interaktive Lernstation zum Auffinden und Kennenlernen der Sternbilder am Himmel und ihrer Geschichten.

Julia Engeleiter verwendet zur Gestaltung ihrer Lernstation als Mini-Planetarium für den Schülertisch den AstroMedia-Kartonbausatz „Der Große Sternenhimmel“ mit einer selbst gebauten höhenverstellbaren und seitlich verkippbaren Halterung, so dass die Schüler der Zielgruppe Jgst. 3-6 den Sternenhimmel auf ihrem Schülertisch interaktiv betrachten können. Es können dabei zwei Betrachtungsweisen gewählt werden:

  1. In der Kuppel befindet sich auf dem Tischleuchtenfuß eine Schwarzlicht- LED-Lampe, so dass man von innen die Sternbilder als fluoreszierende Punktmuster erkennen kann. Die Sternbilder der einzelnen Himmelssegmente (Zirkumpolar-Himmel; Frühlings-, Sommer-, Herbst- und Winterhimmel; Tierkreishimmel der Ekliptik) sind mit unterschiedlichen Schwarzlichtfarben (phosphoreszierende Farben) gestaltet, so dass es für die Kinder eine deutliche Orientierungshilfe zum Auffinden der Sternbilder auf dem entsprechenden Himmelsausschnitt gibt.
  1. Man ersetzt auf dem Tischleuchtenfuß der Kuppel die Schwarzlicht-LED durch eine weiß leuchtende LED-Lampe, so dass man von außen alle Sternbilder als Lochpunktmuster erkennen kann. Damit üben die Kinder das Auffinden der Sternbilder am komplexen Himmel ohne weitere Hilfsmittel.

Für jede Zweiergruppe steht ferner eine Sternbilderbetrachtungs-Box zur Verfügung, durch die man die einzelnen Sternbilder als Lochpunktmuster betrachten kann. Zu jedem Set von Sternbildkarten gehört dann auch die von Julia Engeleiter kindgerecht umgeschriebene mythologische Geschichte, die zu der entsprechenden Gruppe von Sternbildern gehört. Die Kinder sollen sich dann wechselseitig die Geschichten vorlesen, während der Partner die Sternbilder als Punktmuster durch die Betrachterbox oder wahlweise als gezeichnete Figur auf den Karten selbst anschaut.

Durch diesen laufenden Wechsel an Betrachtungsmöglichkeiten lernen die Kinder den Sternenhimmel mit den wichtigsten Sternbildern und ihrer Geschichten kennen und werden zusätzlich dazu angeleitet, sich am Sternenhimmel orientieren zu können.

Julia Engeleiter stellt im Rahmen ihrer Bachelor-Arbeit fünf solcher Stationen als Schüler-Lernstationen her und arbeitet die Verwendung der Station mit dem kompletten Schüler-Arbeitsmaterial sowie einer didaktischen Lehrerhandreichung aus. Die Stationen können dann in der Zukunft auch von Grundschulen für astronomische Unterrichtseinheiten ausgeliehen werden.

Tamara Berghs entwickelt für ihre Bachelor-Thesis im FB Physik (Prof. Dr. Johannes Grebe-Ellis) mit astronomie-didaktischem Schwerpunkt eine interaktive Lernstation zu den Planeten unseres Sonnensystems. Dazu hat sie insgesamt 9 Puzzles entwickelt, die als zentrale Bausteine für diese Lernstation zur Verfügung stehen. Es gibt ein A3-Puzzle zum Überblick über alle Planeten in unserem Sonnensystem mit einem Merksatz zur Reihenfolge und einer maßstäblich richtigen Darstellung der Größe (auch bezgl. zur Sonne).

Auf den anderen acht Puzzles, die bis auf Saturn kreisförmig sind, sind dann die Planeten einzeln zu sehen. Sie können auch im maßstäblich richtigen Größenverhältnis zueinander betrachtet werden, wenn man die zusätzlichen (verkleinerten) Planetenbilder auf den inneren Gesteinsplaneten Merkur, Venus, Erde und Mars zu Hilfe nimmt.

Diese Puzzles stellen eine didaktisch reizvolle Form der Wissensvermittlung dar. Durch den langsamen Zusammenbau der Puzzles werden die Schülerinnen und Schüler zu einem sehr genauen Betrachten der Planetenoberflächen angeregt. Es können anschließend Ordnungskriterien abgefragt (Reihenfolge im Sonnensystem, Ordnen nach Größen, Ordnen nach Gas- bzw. Gesteins-Planeten, …) und mit den zusätzlichen Karten auch weitergehende Informationen weitergegeben werden.

Tamara Berghs stellt im Rahmen ihrer Bachelor-Arbeit fünf solcher Lernstationen für den Schülertisch her, wobei an jeder Station 2-4 Schüler der Zielgruppe Jgst. 3-6 sinnvoll beschäftigt werden. Sie entwickelt dazu auch das Arbeitsmaterial (z.B. Planetenkarten mit den wichtigsten Infos zu den Planeten, Zusatzkarten zu den (wichtigsten) Monden, Hinweiskärtchen mit unverwechselbaren Besonderheiten, usw.) mit genauen Handlungsanweisungen und einer Lehrerhandreichung, so dass auch diese Station in Zukunft von Grundschulen für astronomische Unterrichtsvorhaben ausgeliehen werden können.