Kursleitung: Bernd Koch

Acht Schüler und Schülerinnen von Schulen des Bergischen Landes haben einen teils weiten Weg auf sich genommen, um ein Schuljahr lang gemeinsam an Projekten zu astronomischen Themen zu forschen. Das Resultat besteht in sieben sehr guten Arbeiten, die am Ende des Schuljahres erfolgreich präsentiert wurden.

Bereits im zweiten Jahrgang bietet das CFG für die Stufe Q1 einen Projektkurs Astronomie für Schüler von Schulen des Bergischen Landes an. Im Jahrgang 2020/21 nahmen drei Schüler und Schülerinnen des Gymnasiums am Kothen (GAK) ein Schüler des Carl-Duisberg-Gymnasiums (CDG), sowie drei Schüler des Humboldt-Gymnasiums Solingen (HGS) teil. Den weitesten Weg hatte eine Schülerin aus Wülfrath, die zudem „außer Konkurrenz“ teilnahm. Melina Anna Mitsakos vom Städtischen Gymnasium Wülfrath (SGW) besuchte in der Stufe EF den Kurs in Form einer Astro AG, auch ohne dafür zählbare Punkte in ihrem Zeugnis vorzufinden. Melina fertigte eine Arbeit in Vorbereitung auf das nächste Schuljahr an, in dem Sie als Projektschülerin der Q1 ihr Thema Galaxien vertiefen wird.  

Das Konzept des Projektkurses Astronomie in der Stufe Q1 ist so angelegt, dass die Schüler- und Schülerinnen zu Beginn des Schuljahres nach einer zweimonatigen Einführung in verschiedene Themenbereiche der Astronomie ein Projekt wählen, mit dem sie sich bis zum Ende des Schuljahres beschäftigen. Eine freiwillige Teambildung zweier Kursteilnehmer wird dabei ausdrücklich unterstützt.

Als Kursleiter befrage ich die Schüler und Schülerinnen am Ende der Einführung, über welche Themen oder Himmelsobjekte sie ihre Arbeiten schreiben wollen. Diese Projektwünsche werden auf ihre Zielsetzung und Durchführbarkeit hin überprüft und in der Regel bestätigt. Wer noch keine konkrete Vorstellung entwickelt hat für das Jahresprojekt, wählt ein Thema aus einem vorbereiteten Themenkatalog aus.

Im Laufe des Schuljahres bieten wir am Schülerlabor Astronomie in Form von Tages- oder Wochenkursen zahlreiche kompakte Fortbildungen in Astronomie an. Samstags-Tageskurse zur Astrofotografie und digitalen Bildbearbeitung,  sowie theoretische und praktische Grundlagen der Sonnen- und Sternspektroskopie in Form von Mehrtages- oder Wochenkursen dienen der optimalen Vorbereitung auf eine hochwertige Projektarbeit.

Bedingt durch die Corona-Einschränkungen konnten nicht alle Beobachtungen an der CFG-Sternwarte durchgeführt werden. Um die Projekte dennoch zum Erfolg zu führen, habe ich meine private Sternwarte für die Projekte zur Verfügung gestellt. Per Fernsteuerung von zuhause aus konnten Schüler und Schülerinnern Fotos, Filme und Daten für ihre jeweiligen Projekte gewinnen, die in Präsenz und im Distanzunterricht ausgearbeitet wurden.

Bernd Koch

Star Death – The Case of the Crab Nebula

Nathan Mossaad, Humboldt-Gymnasium, Solingen

What happens when a star dies? What can we learn from its remaining Nebula? In this paper I will take you on a journey of what we can learn with relatively easily obtainable information, without the need to have a lot of prior knowledge. Throughout I will guide you to a deeper understanding of the remains of Crab Nebula and what information can be calculated.   

There are two central questions that followed me throughout: First, how can I prove when Crab Nebula was born? Second, how far is it from us, from our earth? The answers to these two, on the surface simple, questions are provided by this paper. Even without prior knowledge we will take a dive into more complicated astronomical knowledge accompanied by mathematical calculations. To achieve this you will find several images and animations, which will accompany you throughout the following events. Crab Nebula is especially suitable for this purpose, as it was the best fit at the time of research: bright enough and with lots of available sources.

The task I set out for myself is analyzing the Crab Nebula from birth up until now. On this journey I will explain the following aspects:

• Developing the images in software
• Calculating the birthdate of Crab Nebula
• Calculating expansion rate, size and distance
• Analyzing how accurate the results are 

To summarize: I reached my goals that I defined at the beginning. It was possible for me to acquire previously unknown knowledge I was interested in, meaning the birth of Crab Nebula. I believe that I could transfer my new knowledge that I learned in this project work to you, the reader, without overwhelming you. I had to acquire lots of data and had to process all of it with the help of LibreOffice Calc, which was a lot of work but at the end of the day I’d say it was clearly worth it. The more values I used the more accurate the results got, this was especially apparent when calculating the birthdate of Crab Nebula. Nevertheless, the accuracy is pretty good with my available tools and data. Compared to the literary target values mine weren’t that much off.

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Eine Untersuchung der Elektronentemperatur und der Elektronendichte in einer Sternentstehungsregion am Beispiel des Orionnebels

Konrad Strich und Kristof Zalavari, Humboldt-Gymnasium, Solingen

Die Entscheidung zur Teilnahme an dem Projektkurs in der Q1 ist uns nicht schwergefallen, da wir uns beide  auch wenn aus anderen Themenbereichen der Naturwissenschaften für Astronomie interessieren. Zusätzlich wollten wir uns die Chance nicht nehmen lassen das errungene Wissen aus dem Alltag und der Schule über das Universum und Galaxien im Projektkurs zu vertiefen und zu erweitern. Außerdem wussten wir beide teilweise schon was auf uns zukommen wird, da wir in der Sekundarstufe I an einer Exkursion am Carl-Fuhlrott-Gymnasium teilgenommen haben, welche von Bernd Koch, unserem jetzigen Projektkursleiter geleitet wurde.

Die Entscheidung für unser Projektthema ist uns recht einfach gefallen, da wir beide die Entstehung von Sternen interessant finden und die Spektroskopie ein Abiturthema im Physik Leistungskurs ist. Als wir uns dann auf unser Thema geeinigt haben, brauchten wir nur noch eine passendes Beispiel, welches man untersuchen konnte. Da trafen wir auf die Frage, welcher galaktische Nebel zu dieser Jahreszeit geeignet für die Spektroskopie ist. Unsere erste Entscheidung viel auf den Kalifornien-Nebel. Doch da der Orionnebel bekannter war und schon häufiger untersucht wurde haben wir uns zu schlussendlich für den Orionnebel oder auch M42 entschieden.

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Am 01.03.2021 ergab sich für uns wetterbedingt die erste und letzte Möglichkeit eigene Daten aufzuzeichnen. Wie zu sehen ist, haben wir an der Insel 2 der Sternwarte vom Carl-Fuhlrott-Gymnasium das Celestron Edge HD 11 Teleskop mit dem DADOS Spektrograf, der SBIG STF-8300M und der DMK41 Videokamera aufgebaut und diese mit einem Laptop verbunden, von dem aus alles gesteuert wurde.

Galaxien – Faszinierende Großstrukturen im Universum

Melina Anna Mitsakos, Städtisches Gymnasium, Wülfrath, Stufe EF  

Galaxien gehören zu meinen Lieblingsobjekten im Universum. Sie faszinieren mich immer wieder aufs Neue. Sie sind komplex, so unterschiedlich, unheimlich groß und bilden trotzdem eine Einheit für sich. Das Besondere an Galaxien ist für mich, dass sie alle außergewöhnliche Eigenschaften haben und man immer etwas Neues entdecken kann. Galaxien sehen außerdem wunderschön aus und beeindrucken durch ihre gigantischen Maßstäbe.

Das Titelbild zeigt eine Aufnahme des Hubble Space Telescope, erschienen im Jahr 2014. Es handelt sich hierbei um eine Zusammensetzung vieler Bilder des Hubble Ultra Deep Fields, welches zwischen 2002 und 2012 mehrfach aufgenommen wurde. Die Aufnahme zeigt einen kleinen Himmelsausschnitt aus dem Sternbild Fornax (Chemischer Ofen) der südlichen Hemisphäre. Dieses Bild zeigt ungefähr 10 000 Galaxien, von denen manche einen Abstand von 13 Milliarden Lichtjahren von uns haben und damit kurz nach dem Urknall entstanden sein müssen. In diesem Bild kann man Galaxien unterschiedlichen Typs in unterschiedlichen Entwicklungsstadien sehen. Ich finde dieses Bild und den Gedanken, dass uns so viele atemberaubend schöne Galaxien umgeben, überwältigend. Da ich mich letztes Jahr mit dem Thema „Sterne und Sternentwicklung“ auseinandergesetzt habe, wollte ich dieses Mal einen Schritt weiter gehen.        

Meine Motivation dieser Arbeit ist, mich intensiv mit dem Thema Galaxien zu beschäftigen und dabei viele verschiedene Aspekte kennenzulernen. Die Erforschung von Galaxien ist meiner Meinung nach von großer Relevanz für die Wissenschaft, damit wir besser verstehen können, wie sich das Universum entwickelt hat, denn blickt man sehr weit in die Vergangenheit zurück bzw. in den Kosmos hinein, so sind Galaxien die Objekte, welche man besonders gut beobachten kann. Im Rahmen dieser Arbeit gehe ich auf die Entwicklung der Galaxienforschung, die unterschiedlichen Erscheinungsformen von Galaxien, die Eigenschaften bestimmter Galaxientypen und ihren Aufbau ein. Mein Interesse gilt hier speziell der Entstehung der Spiralmuster in (Balken-)Spiralgalaxien.

Die Forschungsfragen lauten also für mich, wie die Spiralmuster konsistent sein und wie Beobachtungen die Theorie unterstützen können. Dafür gehe ich auf die zwei Galaxien M51 und M61 im praktischen Teil mit eigenen Aufnahmen ein. Das Thema Galaxien ist sehr breit gefächert und diese Arbeit soll Einblicke in ein paar Gebiete geben.

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Orion und seine Nebel

Mara Hayen, Gymnasium am Kothen, Wuppertal

Seit einiger Zeit befasse ich mich schon mit dem Nachthimmel und seinen funkelten Sternen. Besonders stach dabei immer das Sternbild Orion heraus. Diess beobachtete ich immer am liebsten, wenn die Winterabende klar und kalt waren. Auch in einer längeren Auslandszeit in Japan konnte ich Orion zu meinem Erstaunen wie in Deutschland beobachten. Sternenkonstellationen hatten auf mich immer eine beruhigende Wirkung. Sie waren immer da und auf sie war Verlass.

Als ich also auf Themensuche für meine Projektarbeit des Astronomie Projektkurses war, dachte ich direkt an diese. Dass es wesentlich mehr zu lernen gibt über die Sterne an unserem Nachthimmel, außer dass diese dort schweben und scheinen, beeindruckte mich immer wieder neu und motivierte mich, so diese Arbeit weiter zu schreiben. Ich habe außerdem oft daran gedacht, wie ich nicht der einzige Mensch bin, der diese Konstellationen beobachtete. Millionen, gar Milliarden betrachteten das Sternbild Orion genau so wie ich, dachten über seine Geschichte nach und forschten nach den Sternen im Orion. Die Betrachtung dieses Sternbildes bringt fast so etwas wie eine Verbundenheit mit all seinen BetrachterInnen mit sich. Ich hoffe, dass diese Projektarbeit die LeserInnen dazu motiviert, selber im Winter einmal hochzuschauen und Orion aufzusuchen.

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Die Berechnung der Bahn erdnaher Asteroiden anhand eigener Messungen

Ian Phillip von Scheven, Gymnasium am Kothen, Wuppertal

Als ich also davon erfuhr, dass ich die Möglichkeit hätte, einen Projektkurs zum Thema Astronomie zu besuchen, und dort eine Projektarbeit zum Thema zu verfassen, konnte ich natürlich nicht nein sagen. Mir war es allerdings wichtig, dass meine Projektarbeit sich mit einem Thema beschäftigt, welches die Menschheit, und somit auch mich, direkt betrifft. Eine der potenziell größten Bedrohungen für die Menschheit, die unser Sonnensystem zu bieten hat: Asteroiden. Da die Gefahr eines Zusammenstoßes real ist, habe ich viel darüber nachgedacht, wie man einen solchen wohl verhindern könnte, und dabei tat sich mir eine Frage auf: Woher weiß man überhaupt, wann, wo und ob ein Asteroid mit der Erde kollidiert? Ich habe mich etwas über das Thema informiert, und so konnte ich mich darauf beschränken, mich mit den Near Earth Asteroids (NEAs), also den erdnahen Asteroiden auseinander-zusetzen, da diese die wahrscheinlichsten Kandidaten für einen Zusammenstoß sind. Ich habe mich also entschlossen, mich mit den Gefahren der NEAs und der Berechnung ihrer Bahn um die Sonne zu beschäftigen, weil man so herausfinden kann, ob, wann und wo ein Asteroid die Erde trifft.

Die Positionen der am 9.11.2020 und 24.2.2021 aufgenommenen Kleinplaneten wurden an das Minor Planet Center in Harvard/USA weitergeleitet. Daraufhin wurde dem Schülerlabor Astronomie der Status einer Beobachtungsstation der Internationen Astronomischen Union (IAU) erteilt. Station 7 mit dem 0,51m-Teleskop erhielt den Stationscode G04, unter dem in Zukunft gemessene Asteroidenpositionen gemeldet werden.

Fotografie der Gasriesen Jupiter und Saturn

Benedikt Wünsche, Gymnasium am Kothen, Wuppertal

Da ich mich schon seit einigen Jahren für das Universum interessiere, entschied ich mich, den Projektkurs Astronomie im Schuljahr 2020/2021 zu belegen. Als Thema habe ich mir die Beobachtung von Jupiter und Saturn ausgesucht. Sie sind die größten Planeten des Sonnensystems und vermutlich die ersten, an die man bei dem Wort Gasriese denkt. Ihre Größe, ihre Monde, Ringe, sowie ihre Bedeutung in der Astronomie und Mythologie, sind für mich von besonderem Interesse. Des Weiteren inspirierten mich die hochaufgelösten Bilder von Sonden und Teleskopen, weshalb ich mich im Rahmen dieser Projektarbeit auf die Fotografie der Planeten konzentrieren werde. Dabei habe ich gelernt, Videos zu stacken, die aus dem Stacking entstandenen Bilder zu schärfen und zu bearbeiten.Im Folgenden werde ich die Videobearbeitung erläutern, sowie über die Planeten informieren. Abschließend lässt sich sagen, dass ich in diesem Projektkurs sehr gefördert wurde. Ich habe vieles über Jupiter und Saturn, sowie über die Geschichte der Astronomie gelernt. Ich habe erfahren, wie Astronomen ihre Bilder erstellen und bearbeiten. Des Weiteren war es sehr interessant herauszufinden, was das unbekannte Objekt auf dem Saturnbild ist. Außerdem habe ich wichtige Erfahrungen, zur Verfassung von Arbeiten gemacht, die mir später im Studium helfen können. Der Kurs ist sehr empfehlenswert für jeden, der Interesse am Universum hat.

     

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Jupiter besteht aus Gasen und besitzt keine feste Oberfläche. Die Gase gehen ohne Phasenübergang in einen flüssigen Zustand, den überkritischen Zustand, über. Von außen lassen sich in seinen Wolken Weiß-, Rot-, Orange-, Braun-, Gelb- und Blautöne erkennen. Sie befinden sich in der Tropopause. In ihnen befinden sich gefrorene Ammoniak-Kristalle und Ammoniumhydrogensulfid. Es sind außerdem verschiedene Wolkenbänder sichtbar, die auf unterschiedlichen Breitengraden von Osten nach Westen verlaufen. Die helleren Bänder sind Zonen und die dunkleren Gürtel. Die Zonen sind dabei kühler, dichter und enthalten aufsteigende Gase. Als Ursache für die Verfärbung wird Ammoniakeis genannt. Als Grund der dunklen Verfärbung der Gürtel werden die Gase Phosphor, Schwefel und Kohlen-wasserstoffe vermutet. In seinem Inneren befindet sich ein felsiger Kern, dessen Masse 14 bis 18 mal so groß wie die der Erde ist.

Saturn hat eine Atmosphäre, die aus 94% Wasserstoff und 6% Helium besteht. Des Weiteren kommen in den oberen Schichten Methan, Ammoniak und andere Gase vor. Da der Ringplanet kälter, als Jupiter ist, erscheinen bunte Chemikalien tiefer in seiner Atmosphäre, so dass sie von außen nicht sichtbar sind, da sie von Wolken verdeckt werden. In seinem Inneren steigt der Druck so stark an, dass die Gase nicht mehr von einer Flüssigkeit zu unterscheiden sind. An seinem Mittelpunkt wird ein Gesteinskern mit der Größe der Erde, jedoch mit einer viel größeren Masse vermutet.

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Mars

Nikolas Jahn, Carl-Duisberg-Gymnasium, Wuppertal

Mars ist ein Planet mit einer aufregenden Geschichte und einer Zukunft, die mit der Menschheit zusammenhängt. Der Mars ist in unserer Nähe und somit gut für die Menschheit erreichbar. Er ist ein Planet der in vielerlei Hinsicht der Erde ähnlich ist. Mars ist ein Planet bei dem es sich lohnt, noch einmal genauer drauf zu schauen, denn er könnte die Zukunft der Menschheit sein oder zumindest die Zukunft eines Teils der Menschheit.

Genau deswegen habe ich mich dazu entschieden, eine Projektarbeit über den Mars zu machen, sein Potential sich zu einer zweiten Erde zur verwandeln besteht. Vielleicht beherbergte er auch einst noch mehr Eigenschaften der Erde als er heute hat. Wenn wir Überreste von Leben auf dem Mars finden, dann steigt die Wahrscheinlichkeit an, dass wir nicht alleine sind im Universum, dass da draußen noch jemand sein könnte, dessen Spezies fast so weit entwickelt ist, wie die Menschheit oder noch weiter. Aber bevor die Menschheit auf unserem Roten Nachbarplaneten nach Leben suchen konnte musste sie eins vorerst machen, nämlich ihn beobachten. Genau das habe auch ich getan. Für diese Arbeit habe ich Aufzeichnungen von Beobachtungen von zwei Abenden bearbeitet und aufbereitet.

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