Kursleitung: Bernd Koch

Zusammenfassung der Projektarbeiten des Projektkurses Astronomie der Q1 im Jahrgang 2020. Es nahmen Schüler folgender Schulen am Projektkurs teil: Carl-Fuhlrott-Gymnasium (W’tal), Carl-Duisberg-Gymnasium (W’tal) und Humboldt-Gymnasium, Solingen.

Spektroskopische Messung der Ausdehungsgeschwindigkeit Planetarischer Nebel

Adrian Groh und Ashraf Lutfi (Q1, CFG)

Der Name ,,Planetarischer Nebel” ist eigentlich ziemlich unpassend, da Planetarische Nebel an sich nichts mit Planeten zu tun haben. Dieser Name wurde von dem deutsch-britischen Astronomen Friedrich Wilhelm Herschel im Jahr 1785 geprägt, der mithilfe seines, im Vergleich zu heutigen Standards eher kleinen, Teleskops bläulich-türkise Flecken am Himmel entdeckte, die eine visuelle Ähnlichkeit mit den äußeren Gasplaneten des Sonnensystems Uranus und Neptun aufwiesen. Der Ursprung eines Planetarischen Nebels ist jedoch ein anderer als der eines Planeten. Während ein Planet bei der Bildung eines Sternsystems entsteht, ist ein Planetarischer Nebel der Überrest eines „toten“ Sterns, welcher, nachdem die Kernfusion im Inneren des Sterns zum Stillstand gekommen ist, seine Hüllen ,,abwirft” und einen Nebel erzeugt. Ashraf und Adrian nutzten den hochauflösenden LHIRES III-Spektrographen am 0,5m CDK20-Teleskop der Sternwarte des Schülerlabors Astronomie, um die räumliche Struktur des Nebels zu untersuchen und mittels des Dopplereffekts die Expansion des Nebels NGC 7662 „Blauer Schneeball“ zu messen. Im Bereich der größten Aufspaltung der Sauerstoff [OIII]-Linie l5007 (Pfeile) lagen sie mit der gemessenen Geschwindigkeit von 23,8 km/s sehr nahe am Literaturwert von 26 km/s.  

Sterbende Sterne – Supernovae und Supernovaüberreste

Julia Lau und Fabian Klos (Q1, CFG)

Auch Sterne haben eine zeitlich begrenzte Existenz, man spricht in der Tat vom „Leben“ und „Sterben“ der Sterne. Aus einer sich zusammenziehenden Gas- und Staubwolke geboren, lebt ein Stern wie unsere Sonne rund 10 Milliarden Jahre, um später als Roter Rieser und Weißer Zwerg, relativ friedlich zu enden. Sterne mit 8-facher Sonnenmasse erleiden ein schlimmeres Schicksal: Ist der Wasserstoff-Brennstoff im Kern aufgebraucht und der Fusionsofen erloschen, stürzt die äußere Hülle im Sekundenbruchteil auf den harten Eisenkern. Die zurückgeschleuderte Druckwelle kann den Stern völlig zerreißen. Die hohe Energie reicht aus, um die Atome des Reststerns und umgebende interstellare Materie für lange Zeit zum Leuchten zu bringen.

Der Supernovarest IC443 im Sternbild Zwillinge ist ein prachtvolles Beispiel dafür. Das Ziel der Projektarbeit bestand darin, den Supernova-überrest in seiner vollen Ausdehnung zu erfassen. Das ist nur mit einer professionellen CCD-Kamera und einem H-alpha-Filter möglich, der das Streulicht des hellen Wuppertaler Nachhimmels wirksam ausfiltert. Kombiniert wurden die Aufnahmen mit Canon EOS450D-Farbaufnahmen des Nebels, alles mit dem C11 HyperStar-System.

Nachweis des Exoplaneten Qatar-5 b durch die Transitmethode

Sven de Vrieze (Q1, CFG)

Exoplaneten und die Erforschung des Ursprungs des Universums sind die Top-Themen in der modernen Astronomie. Und eines der beiden Themen können sogar Schulastronomen erfolgreich behandeln: Exoplaneten, die außerhalb unseres Sonnensystems um fremde Sonnen kreisen. Der erste jupitergroße extrasolare Planet wurde von beiden Schweizer Astronomen Michel Mayor und Didier Queloz im Jahr 1994 mit Hilfe der spektroskopischen Radialgeschwindigkeitsmethode entdeckt. Dafür erhielten sie den Nobelpreis für Physik im Jahr 2019, den sie sich mit dem kanadischen Astrophysiker James Peebles für seine Theorie des Urknalls und die Entwicklung des Universums teilen. Sven de Vrieze nutzte eine andere Methode zur Detektion und Vermessung von Exoplaneten und ihrer Bahnen. Sven gelang es, die Größe des Exoplaneten Qatar-5b während eines Transits vor seinem Mutterstern mit Hilfe des 0,5m-Teleskops der Sternwarte zu bestimmen.

Seine Messergebnisse wurden von der Variable Star and Exoplanet Section der tschechischen Astronomischen Gesellschaft akzeptiert und auf der Webseite http://var2.astro.cz/EN/tresca/transit-detail.php?id=1580311067  publiziert. Sein Resultat liegt mit 1,2 Jupiterradien nur 10% unter dem Wert, der in den offiziellen Katalogen geführt wird. Ein hervorragendes Ergebnis, herzlichen Glückwunsch!

Sternentstehung in der HII-Region NGC 281

Alina Amouzou und Lea Fischer (Q1, CFG)

Im Mittelpunkt dieser Projektarbeit stand die Fotografie des Wasserstoffnebels NGC 281, der den Astronomen unter dem Trivialnamen „Pacman-Nebel“ bekannt ist. Dabei konzentrierten sich Alina und Lea auf die fotografische Herausarbeitung der Sternentstehungsregionen des Nebels, die sogenannten Bok-Globulen. Sie recherchierten den physikalischen Hintergrund der aktiven Sternentstehung und erzielten mit über 60 Minuten Gesamtbelichtungszeit ein sehr weit reichendes Bild des Nebels. Zur Herausfilterung des städtischen Streulichts wurde für die Aufnahmen am Celestron 11 HyperStar-Teleskop ein H-alpha-Rotfilter verwendet. Die erhaltenen Bilder wurden kalibriert und mit einem Programm übereinandergelegt („gestackt“). Die Nachbearbeitung mit Photoshop erbrachte ein scharfes, rauschfreies Bild hoher Qualität.

Der Mond

Nadine Bratek und Greta Hollender (Q1, CFG)

Auch in einem halben Jahrhundert nach den bemannten Mondlandungen hat der Mond nichts von seiner Faszination verloren. Im Gegenteil: Fast schon mystisch erscheinende Monduntergänge und „Super“vollmonde, wie dieser hier am 7. April 2020, faszinieren und motivieren den Betrachter zu eigenen Beobachtungen. Nadine und Greta haben sich die Aufgabe gestellt, den Mond in seinen verschiedenen Phasen während seines monatlichen Umlaufs um die Erde zu begleiten und seine Erscheinungen fotografisch zu dokumentieren. Und als Mitte März, just zu Beginn des Lockdowns anlässlich Covid-19 das Wetter endlich beste Blicke auf den Mond ermöglichte, griffen Greta und Nadine zu: Sie nahmen zweimal das Angebot zur ferngesteuerten Fotografie des Mondes an der Privatsternwarte von Bernd Koch im Westerwald wahr. Mit grandiosen Bildern der Mondsichel, des Vollmondes als Ganzem und Teilregionen.

Die Eiswelten unseres Sonnensystems

Hajar Mohamad (Q1, CFG)

Im äußeren Bereich unseres Sonnensystems, 19 bis bis 30 mal weiter von der Sonne entfernt als die Erde, ist es dunkel und eisig kalt. Die beiden Eisriesen Uranus und Neptun erhalten nur noch wenig Sonnenwärme und bilden nur schwache Wolkenstrukturen aus. In seiner Projektarbeit stellt Hajar das Sonnensystem kurz vor und geht dann auf die Historie und die moderne Physik der beiden Planeten ein. Am 17. März 1781 entdeckte der Hannoveraner Musiker und Amateurastronom Wilhelm Herschel in seiner Wahlheimat England ein bläulich-grünlich leuchtendes Scheibchen in seinem 15cm durchmessenden Spiegelteleskop, den Planeten Uranus.

Eine kuriose Geschichte rankt um den achten und letzten großen Planeten Neptun, der von dem Berliner Astronomen Johann Gottfried Galle am 23. September 1846 entdeckt wurde. Unmittelbar nach Erhalt der Positions-berechnungen von John Adams und Urbain LeVerrier. Aber bereits 1612/13 verzeichnete Galileo Galilei ein über Tage am Himmel wanderndes „Sternpünktchen“ – offenbar ohne zu realisieren, dass es sich um einen Planeten handeln könnte …

Die Sonne

Jannek Barthel (Q1, CFG)

Nächster aller Sterne und irdischer Lebensspender ist unsere Sonne. In Ihrem Kern herrscht ein hoher Druck, und bei Temperaturen von 15 Millionen Grad fusionieren effektiv vier Wasserstoffkerne zu einem Heliumkern. Die dabei freiwerdende Energie wird in einem mehrstufigen Prozess an die Umgebung abgegeben. Und davon profitieren die Planeten. Jannek präsentiert in seiner Projektarbeit seinen Wissensstand über die Sonne und erörtert die Frage, ob die Sonne einen substanziellen Beitrag zum Klimawandel leistet.

Der praktische Teil der Arbeit behandelt zeigt eine selbst fotografierte Protuberanz, die über der Chromosphäre der Sonne entlang der Magnetfelder aufsteigt. Diese Aufnahme wurde von Jannek am 20.11.2019 um 14.22 MEZ erstellt und zeigt eine Protuberanz, die um ein Vielfaches größer ist als die Erde.

Sonnenspektroskopie

Philipp de Groot (Q1, CFG)

Woher wissen wir eigentlich, wie die Welt in ihrem Innersten aufgebaut ist? Und warum können wir behaupten, dass die Sonne im Wesentlichen aus Wasserstoff und Helium besteht, mit Spuren von schweren Elementen wie Natrium, Kalzium und Magnesium? Die Antwort auf die fundamentalen Fragen der Physik liefert die Spektroskopie. Der Münchner Optiker Joseph von Fraunhofer fragte sich als erster, woher die von ihm entdeckten dunklen Linien im Sonnenspektrum in seinem 1814 gebauten Spektroskop stammen, deren physikalische Interpretation erst Kirchhoff und Bunsen gut 50 Jahre später gelang. Philipp wandelte auf den Spuren Fraunhofers. Im dreitägigen Spektroskopiekurs des Bergischen Schultechnikums, der am Schülerlabor Astronomie des CFG stattfand, gelang ihm die Aufnahme eines Sonnenspektrums und die Identifikation der Fraunhoferschen Linien. Und auch der Plancksche Strahlungsverlauf wurde im Prozess der Flusskalibrierung herausgearbeitet.

Ein kleiner Blick in die Geschichte der Astronomie

Julia Ostapiuk und Nina-Sophia Suschevici, Stufe Q1, Carl-Duisberg-Gymnasium, Wuppertal

In diesem Schuljahr nehmen zum ersten Mal Schüler*innen auswärtiger Schulen am Projektkurs Astronomie teil. Nina und Julia geben einen geschichtlichen Abriss über die Entwicklung der Sternenkunde über die Jahrtausende hinweg. Wann begannen unsere Vorfahren damit, die Sterne zu Sternbildfiguren zu verbinden, mit ihnen Geschichten zu erzählen und in ihnen ihr eigenes Schicksal zu sehen? In der südfranzösischen Höhle von Lascaux erkennt man ein von den Urmenschen vor etwa 17 Tausend Jahren erjagtes Tier, den Stier, mit seinen Hörnern wieder. Und über dem Stierrücken liegt diese aus sieben bis acht schwarzes Punkten bestehende Gruppe an der Höhlenwand: Könnten dies die Plejaden, das spätere Siebengestirn sein, über das viele Geschichten und Märchen überliefert sind? Es sind Spekulationen, die noch eines Beweises bedürfen. Die uns überlieferte Astronomie entstammt den Hochkulturen im alten Ägypten und Mesopotamien, begonnen von den Sumerern und Assyrern. Nina und Julia spannen einen weiten Bogen von der Antike, über die Weltbilder im Mittelalter und die Wiederentdeckungen in der Renaissance, bis hin zu modernen Erkenntnissen in unserer technisierten Zeit.

Das hervorragende Foto der Plejaden erzielten die beiden am Pentax-75-Teleskop der Schulsternwarte.     

Den Aliens auf der Spur

Giuseppe Zaccaria und Vasileios Kyriazidis, Stufe Q1, Carl-Duisberg-Gymnasium, Wuppertal

Was ist Leben und wie könnte man es an Orten außerhalb der Erde finden? Eine mächtige Eingangsfrage, die Giuseppe und Vasileios in ihrer umfangreichen Arbeit erörtern. Nach einer kurzen Darstellung der biologischen Evolution stellen die Autoren technische Mittel vor, mit Hilfe der Lichtzerlegung Informationen von weit entfernten Lichtquellen zu erhalten. Sie nehmen in diesem Kurs Spektren der (für uns körperlich unerreichbaren) Sonne auf, unserem lebensspendenden Zentralgestirn und beschäftigen sich mit den chemischen Elementen, die sie dort finden. Angenommen, man würde sein Teleskop nun auf einen fremden Stern richten, der nachweislich von einem erdähnlichen Planeten umkreist wird, könnte man mit Hilfe der Spektroskopie lebensfreundliche Bedingungen dort nachweisen? Dies ist jedenfalls ein Top-Forschungsgebiet der Astrophysik und Astrobiologie, auf dem mit schulischen Mitteln gearbeitet werden kann. Was wäre, wenn man das Chlorophyll, unser „Blattgrün“, im chemischen Fingerabdruck des Lichts eines Exoplaneten, finden würde? Der Nachweis steht noch aus. Aber wie lange noch? Erst die Photosynthese hat den molekularen Sauerstoff erzeugt, der Leben, so wie wir es kennen, ermöglicht.

Die Autoren erwarten nicht, winkende „Marsmännchen“ zu finden beim Blick auf den Roten Planeten (der im Herbst 2020 wieder in Erdnähe kommt!), würden aber den ersten erfolgreichen Nachweis außerirdischen Lebens begrüßen. Ob es ratsam ist, im Erfolgsfall Kontakt aufzunehmen, bedarf einer gesellschaftlichen Diskussion über Chancen und Risiken eines solchen Handelns.

Astronomische Navigation mit dem Sextanten

Luca Scheurer, Stufe Q1, Humboldt-Gymnasium, Solingen

In der heutigen Zeit der weltumspannenden, hochpräzisen und satellitengestützten GPS-Navigation erscheint die Positionsmessung mit mechanischen Instrumenten wie ein belächeltes Relikt längst vergangener Zeiten zu sein. Aber nur auf den ersten Blick: Man stelle sich vor, auf einem Segeltörn in den Weiten des Südpazifiks fiele das Bordnetz des Seglers aus und der Skipper müsste ohne elektrische Energie für sein GPS auskommen. Und keine Hilfe wäre in Sicht, da man keinen Funkkontakt aufnehmen und nur mit Signalraketen auf seine Situation aufmerksam machen könnte. Eine Horrorvorstellung. Der Hobbysegler Luca Scheurer ist auch auf diesen, hoffentlich nie eintretenden Fall vorbereitet, indem er in einem Segelkurs gelernt hat, nach Sonne und Sternen zu navigieren. Mit einem Sextanten und einer möglichst genau gehenden Uhr kann er, die geografischen Koordinaten Länge und Breite des Beobachtungsortes zu berechnen.

Luca hat es in der gezeigten Übung allerdings vergleichsweise leicht: Das Dach der Sternwarte schwankt nicht wie ein Bootsdeck, und die Sonne ist somit vergleichsweise einfach auf den Horizont zu spiegeln. An den Skalen des Sextanten wird die daraufhin die ermittelte Höhe der Sonne über dem Horizont abgelesen.