WIE SICH LICHTVERSCHMUTZUNG AUF DIE STERNE AUSWIRKT: HELLIGKEITSMESSER

WIR BAUEN EINEN HELLIGKEITSMESSER FÜR STERNE

Kurzbeschreibung

Lichtverschmutzung beeinflusst die Sichtbarkeit der Sterne. Durch den Bau eines simplen Helligkeitsmessers ermitteln die SchülerInnen die Helligkeit von Sternen und lernen die Grenzgröße kennen.

Ziele

Durch Messungen und Berechnungen lernen, wie Lichtverschmutzung die Sichtbarkeit der Sterne beeinflusst.

Lernziele

Einfache Ausrüstung und Werkzeuge nutzen, um Daten zusammenzutragen und den eigenen Horizont zu erweitern.
Daten nutzen, um eine vernünftige Erklärung für Lichtverschmutzung zu finden.
Beschreiben, wie Lichtverschmutzung die Sichtbarkeit der Sterne beeinflusst.
Wissenschaftliche Forschungskompetenzen, Fähigkeiten und Verhaltensweisen anwenden.
Die Stärke der Lichtverschmutzung an einem bestimmten Ort abschätzen.

Bewertung

Stellen Sie die Grenzgröße und Zahl der nicht sichtbaren Sterne auf einer Karte Ihrer Stadt dort dar, wo die SchülerInnen ihre Messungen vorgenommen haben. Besprechen Sie die Ergebnisse und die folgenden Fragen mit den SchülerInnen:

Welche Ergebnisse erwartet ihr (d. h. wie viele sind nicht sichtbar), wenn ihr die Messung in größerer Nähe zur nächsten Stadt oder zum nächsten Ort vornehmen würdet?
Wie wäre es, wenn wir uns weiter davon entfernen würden?
Ist die Außenbeleuchtung stark oder schwach?
Ist sie so stark wie ein Vollmond?
Wie viele Lampen gibt es?
Wie weit sind sie weg?
Wie stehen die einzelnen Sterne im Vergleich mit den Daten der MitschülerInnen da, wenn es um die Leuchtkraft geht (d. h. an unterschiedlichen Standorten)?
Waren die Sterne da, wo es heller war, dunkler oder heller?
Wie präzise sind die Daten?
Welchen Effekt hat die Luftverschmutzung? Wie können wir diesen verringern?

Materialien

Tintenstrahlfolien (1 Folie pro 3 Helligkeitsmesser)
Scheren (1 pro SchülerIn oder 1 für mehrere SchülerInnen)
Karteikarten (1 pro SchülerIn)
Tesafilm
Eine Münze (optional) (1 pro SchülerIn)
Vorlagen für Folien (1 ausgedruckte Vorlage entspricht 3 Vorlagen)

Hintergrundinformationen

Lichtverschmutzung:

Lichtverschmutzung ist Streulicht, das von schlecht designten und ausgerichteten Beleuchtungsvorrichtungen ausgeht. Sie kommt vor allem in urbanen Zentren vor, wo die Lichter der Stadt die Sicht auf Sterne und Planeten behindern. Auf nächtlichen Satellitenbildern der Erde ist die Lichtverschmutzung als leuchtendes Areal rund um urbane Zentren sichtbar.

Scheinbare Helligkeit:

Die scheinbare Helligkeit ist eine logarithmische Messgröße in der Astronomie, die angibt, wie hell ein Körper von der Erde aus erscheint. Sie wird in einer spezifischen Wellenlänge oder einem Durchlassbereich, in der Regel in optischen oder Wellenlängen des nahen Infrarots gemessen. Die scheinbare Helligkeit der Sonne beträgt -27, die des Vollmondes -13 und die des hellsten Sterns, der Venus, -5. Die hellste menschengemachte Lichtquelle im Weltall, Iridium-Flare genannte Reflexionen von Satelliten, liegt bei -9, die Internationale Raumstation bei -6.

Vollständige Beschreibung der Aktivität

Vorbereitung:

Bevor Sie die Helligkeitsmesser mit der Klasse herstellen, legen Sie die Folie auf die ausgedruckte Vorlage (boxes.jpg). Bitte beachten Sie, dass auf einer Vorlage drei Mal von 1 bis 5 durchnummerierte Rechtecke abgebildet sind. Schneiden Sie den Ausdruck der Vorlage und die Folie in drei Teile, so dass auf einem Teil alle Rechtecke vorhanden sind. Fertigen Sie so viele Vorlagen an, wie Sie SchülerInnen haben.

Entscheiden Sie sich, welches Sternbild Sie im Rahmen der Aktivität betrachten möchten, und suchen Sie eine Abbildung (im Beispiel haben wir Orion genommen). Drucken Sie die Darstellung des Sternbilds für jedeN SchülerIn einmal aus. (Orion ist auf der Nordhalbkugel in den Wintermonaten und auf der Südhalbkugel in den Sommermonaten am frühen Abend gut zu erkennen.)

Bevor die SchülerInnen mit der Vermessung der Helligkeit der Sterne beginnen, machen Sie vielleicht eine Sternen-Party, um den SchülerInnen zu zeigen, wie sie das Sternbild finden und wie sie ihren Helligkeitsmesser nutzen, um die Helligkeit der Sterne im Sternbild abzulesen.

Bau des Helligkeitsmessers:

Schritt 1

Lassen Sie die SchülerInnen die fünf mit 1 bis 5 durchnummerierten Rechtecke (Anhang „boxes.jpg“) mit einer darüberliegenden Folie ausschneiden.

Schritt 2

Die SchülerInnen zeichnen mithilfe einer Münze fünf Kreise auf die Karteikarte und schneiden sie aus. Alternativ falten sie die Karte der Länge nach auf halber Höhe und schneiden fünf Vs hinein, so dass fünf Löcher in Form von Diamanten entstehen. Die Löcher sollen sich mit geringem Abstand voneinander in einer Reihe am breitesten Punkt der Karte befinden.

Schritt 3

Die SchülerInnen nummerieren die fünf Löcher auf der Karteikarte wie unten gezeigt von links nach rechts mit 1 bis 5 durch. Anschließend kleben sie das Folienstück 1 so über Loch 1, dass es komplett bedeckt ist. Bei all diesen Schritten des Aufklebens der Folie auf die Karteikarte ist wichtig, dass sich das Klebeband nicht über den Löchern befindet. Ob die raue Seite der Folie oben oder unten ist, ist egal.

Schritt 4

Nun wird das Folienstück 2 so über die Löcher 1 und 2 geklebt, dass diese komplett bedeckt sind.

Schritt 5

Nun wird das Folienstück 3 so über die Löcher 1, 2 und 3 geklebt, dass diese komplett bedeckt sind.

Schritt 6

Nun wird das Folienstück 4 so über die Löcher 1 bis 4 geklebt, dass diese komplett bedeckt sind.

Schritt 7

Die SchülerInnen kleben nun das Folienstück 5 über die gesamte Länge der Karteikarte.

Schritt 8

Jetzt sollten sich über dem ersten Loch fünf Schichten Folie befinden, über dem fünften Loch nur eine.

Messung der Helligkeit der Sterne:

Das Sternbild Orion ist auf der Nordhalbkugel in den Wintermonaten und auf der Südhalbkugel in den Sommermonaten in der ersten Abendhälfte gut zu erkennen. Sie können entweder die Zeichnung von Orion (Anhang 1) oder die eines anderen Sternbilds verwenden, das zu einem anderen Zeitpunkt im Jahr abends sichtbar ist. Schicken Sie die SchülerInnen an einem mond- und wolkenlosen Abend mit der Sternbild-Zeichnung und einem Bleistift einige Minuten nach draußen, wo sie das Sternbild am Nachthimmel suchen sollen. Die Lichter sollten dabei aus sein. Die SchülerInnen sollten ihren Augen mindestens fünf Minuten Zeit geben, sich an die Dunkelheit zu gewöhnen.

Die SchülerInnen betrachten jeden Stern des Sternbilds durch den Helligkeitsmesser. Für jeden Stern des Sternbilds notieren die SchülerInnen das Loch mit der kleinsten Zahl, durch das sie den Stern sehen können. Das gibt eine Vorstellung von der Helligkeit des Sterns. Ein Stern mit einer scheinbaren Helligkeit von 3 ist beispielsweise durch die Löcher 3, 4 und 5 zu sehen. Der Schüler notiert aber nur die 3.

Beachten Sie, dass die SchülerInnen manche Sterne des Sternbilds aufgrund der Lichtverschmutzung nicht werden sehen können. Wenn sie die scheinbare Helligkeit für jeden Stern des Sternbilds Orion notiert haben, ist die größte Helligkeit (die höchste notierte Zahl) die Grenzgröße (der schwächste noch sichtbare Stern) für Orion. Die SchülerInnen sollen auch die Beleuchtungssituation da, wo sie ihre Messung vorgenommen haben, notieren. Anschließend werden die Ergebnisse in der Klasse besprochen. Die SchülerInnen sollen ihre Ergebnisse miteinander vergleichen. Denken Sie daran: Je kleiner die Helligkeitszahl, desto heller die Sterne, je höher die Helligkeitszahl, desto schwächer und matter die Sterne. Nun können die SchülerInnen abschätzen, wie viele Sterne sie am Himmel aufgrund der Lichtverschmutzung an ihrem Standort nicht gesehen haben.

Erweiterung: Abschätzen, wie viele Sterne nicht sichtbar waren

(Adaptiert von ‚Calculating Stars Lost‘ von Fred Schaaf, in „Seeing the Sky“, John Wiley & Sons 1990). Um diese Aktivität durchzuführen, müsst ihr mithilfe der Ergebnisse der oben beschriebenen Aktivität „Messung der Helligkeit der Sterne“ eure lokale Grenzgröße bestimmen.

Mittlerweile wisst ihr, dass die Zahl der sichtbaren Sterne von der Qualität des Nachthimmels beeinflusst wird. Der Mond, bestimmte Witterungsverhältnisse und Lichtverschmutzung können es

schwerer oder gar unmöglich machen, weniger helle Sterne zu sehen. Ihr habt wahrscheinlich mittlerweile auch herausgefunden, dass in der Astronomie die scheinbare Helligkeitsskala verwendet wird, um die Helligkeit von Sternen zu messen. Denkt daran: Sterne der Größenklasse 1 sind heller als Sterne der Größenklasse 2, welche heller sind als Sterne der Größenklasse 3 usw.

In der Aktivität „Messung der Helligkeit der Sterne“ habt ihr gelernt, die Grenzgröße eures Nachthimmels zu bestimmen, das heißt herauszufinden, welche Helligkeit die schwächsten noch sichtbaren Sterne haben. Unter Idealbedingungen – kein Mond, klarer Himmel, keine Störung durch anderes Licht – kann das menschliche Auge Sterne bis Größenklasse 6 oder 7 erkennen. Aus der Tabelle unten geht hervor, dass etwa 14.000 Sterne die Größenklasse 7 aufweisen! Damit könnt ihr jetzt ausrechnen, wie viele Sterne ihr an eurem Standort nicht seht. Alles, was ihr tun müsst, ist die ungefähre Zahl der von eurem Standpunkt aus sichtbaren Sterne von 14.000 abzuziehen. Beispiel: Wenn ihr als Grenzgröße 3 ermittelt habt, müsstet ihr etwa 150 Sterne sehen. Das bedeutet aber auch, dass es 13.850 weitere gibt, die ihr nicht seht (14.000-150 = 13.850)!

Zusatzaktivität: Citizen Science

Ihre SchülerInnen können einen Beitrag zu echten wissenschaftlichen Forschungen zum Thema Lichtverschmutzung leisten!

Sehen Sie sich die folgenden Citizen-Science-Projekte an:

Lehrplan

Space Awareness curricula topics (EU and South Africa)

Our wonderful Universe, the science of Astronomy

National Curricula UK

GCSE, physics: AQA Science A/Edexcel/OCR A/OCR B/WJEC GCSE, astrophysics: Edexcel A level, physics: Edexcel, OCR A, OCR B, WJEC A level, science: Earth and space

Zusätzliche Informationen

Zum Thema Lichtverschmutzung: http://www.globeatnight.org/learn_light.html - Interaktives Spiel Lichtverschmutzung: http://www.globeatnight.org/learn_orionsky.html
Zum Helligkeitssystem für Sterne: http://www.skyandtelescope.com/howto/basics/Stellar_Magnitude_System.html - Die astronomische Helligkeitsskala: http://www.icq.eps.harvard.edu/MagScale.html

Fazit

Die Ergebnisse der Aktivität sollten in Zusammenhang mit den Fragen im Abschnitt „Bewertung“ diskutiert werden. Auch die Themen Lichtverschmutzung, ihre Auswirkungen und mögliche Gegenmaßnahmen sollten besprochen werden.