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Astronomieprojekt „Suche nach der Erde 2.0“ im zdi-Schülerlabor der Universität zu Köln.
Bei der Reihe zur Astronomie gehen die Schülerinnen und Schüler unter Verwendung von Analogieexperimenten auf die Suche nach einer zweiten Erde in den Weiten des Universums. Aber wie ist es überhaupt möglich diese „kleinen“ Planeten zu entdecken, die ihre Bahnen um einen Stern ziehen? Wie kann man die Zusammensetzung der Atmosphäre eines solchen extrasolaren Planeten untersuchen, um auf das Vorkommen von Sauerstoff schließen zu können? Welche Eigenschaften eines extrasolaren Planeten müssen bekannt sein, um die Oberflächentemperatur zu bestimmen? Im Schülerlabor werden sich die Schülerinnen und Schüler mit diesen, aber noch weiteren spannenden Fragen zu extrasolaren Planeten beschäftigen.
Die Reihe zur Astronomie gliedert sich in eine Vorbereitung (in der Schule) und dem eigentlichen Tag im (Schüler-)Labor. Bei der Vorbereitung handelt es sich um ein E-Learning, wobei hier die Inhalte „Finsternisse im Sonnensystem“ und „diverse Lichtspektren“ thematisiert werden. Insbesondere basteln die Schülerinnen und Schüler ihr eigenes Spektroskop, welches auch beim eigentlichen Besuch im Schülerlabor genutzt wird. Bei der Arbeit im (Schüler-)Labor erarbeiten die Schülerinnen und Schüler anhand von 5 Stationen (jeweils 30 Minuten) die spannende Theorie zur Suche nach extrasolaren Planeten. Hierbei kann die Lehrkraft zwischen folgenden Stationen wählen/können folgende Stationen im Rahmen einer Gruppenarbeit angeboten werden.
- Eine Methode zur Suche nach Exoplaneten:
Mit Hilfe der Analogie zur Sonnenfinsternis erarbeiten die Schülerinnen und Schüler die Transitmethode. Anhand eines geeigneten Experiments und dem Programm CASSY-Lab werden Lichtkurven, ähnlich denen von Exoplaneten, erzeugt und ausgewertet. - Aufbau von Exoplanetenatmosphären:
Mit dem gebastelten Spektroskop untersuchen die Schülerinnen und Schüler das Sonnenspektrum und finden Erklärungen für das Auftreten von Absorptionslinien. Dieses Wissen wird auf Spektren von Exoplaneten angewendet. - Temperatur auf einem Exoplaneten:
Mit dem gebastelten Spektroskop untersuchen die Schülerinnen und Schüler den Zusammenhang zwischen der Temperatur einer Lichtquelle und dem Aussehen des Lichtspektrums. Insbesondere wird der Begriff der Habitablen Zone thematisiert. - Gefahren durch unsichtbare Strahlung: In geeigneten Experimenten erkennen die Schülerinnen und Schüler, dass es auch nicht-sichtbare Lichtsorten (ultraviolettes Licht und Infrarotlicht) gibt. Anschließend werden die Auswirkungen von ultraviolettem Licht auf das Entstehen von Leben behandelt.
- Einfluss der Atmosphäre (1) – Treibhauseffekt:
Nicht nur der Abstand vom Zentralgestirn lässt Rückschlüsse auf die mögliche Existenz von flüssigem Wasser zu. Vielmehr muss auch der Treibhauseffekt berücksichtigt werden, welchen die Schülerinnen und Schüler in dieser Station anhand eines Experiments kennenlernen. Die Station behandelt zunächst unseren Schwesterplaneten Venus. Es werden jedoch auch Rückschlüsse für die Existenz von Wasser auf Exoplaneten gezogen. - Einfluss der Atmosphäre (2) – Atmosphärendruck:
Der Planet Mars zeigt, dass auch der Atmosphärendruck für die Existenz von flüssigem Wasser eine entscheidende Rolle einnimmt. Anhand eines Experiments wird zunächst erarbeitet, dass die Existenz von flüssigem Wasser nicht nur von der Temperatur, sondern vielmehr auch vom Atmosphärendruck abhängt. Diese Resultate werden auf den Planeten Mars und auf Exoplaneten angewendet. - Sternenaktivität und die Folgen für Exoplaneten (nur bei gutem Wetter möglich):
Mit Hilfe des Teleskops im (Schüler-)Labor (und einem geeigneten) Sonnenfilter werden Sonnenflecken und Protuberanzen als Zeichen von Sonnenaktivität identifiziert. Anschließend werden die Folgen von Sonnenaktivität auf das Entstehen von Leben auf einem Exoplaneten thematisiert.
Für Schülerinnen und Schüler der Stufen 7-9.
DOWNLOAD (Unterrichtsmaterial)
DOWNLOAD (Spektraltafel)
Astronomy project „Search for Earth 2.0“ in the zdi student lab at the University of Cologne
In this series on astronomy, students use analogy experiments to go in search of a second Earth in the vastness of the universe. But how is it even possible to discover these „small“ planets that orbit around a star? How can we study the composition of the atmosphere of such an extrasolar planet to infer the presence of oxygen? What properties of an extrasolar planet must be known to determine the surface temperature? In the student lab, students will explore these, as well as other exciting questions about extrasolar planets.
The series on astronomy is divided into a preparation (at school) and the actual day in the (student) laboratory. The preparation is an e-learning, where the contents „eclipses in the solar system“ and „various light spectra“ are thematized. In particular, the students make their own spectroscope, which is also used during the actual visit to the student laboratory. During the work in the (student) lab, the students work on the exciting theory of the search for extrasolar planets using 5 stations (30 minutes each). The teacher can choose between the following stations/the following stations can be offered as part of group work.
- A method for searching for exoplanets:
Using the analogy to the solar eclipse, the students work out the transit method. Using a suitable experiment and the program CASSY-Lab, light curves similar to those of exoplanets are generated and evaluated. - Structure of exoplanet atmospheres:
Using the spectroscope they have made, students examine the solar spectrum and find explanations for the appearance of absorption lines. This knowledge is applied to spectra of exoplanets. - Temperature on an exoplanet:
Using the spectroscope they have made, the students investigate the relationship between the temperature of a light source and the appearance of the light spectrum. In particular, the concept of the habitable zone is addressed. - Dangers from invisible radiation:
In suitable experiments, the students realize that there are also non-visible types of light (ultraviolet light and infrared light). The effects of ultraviolet light on the emergence of life are then discussed. - Influence of the atmosphere (1) – greenhouse effect:
Not only the distance from the central star allows conclusions to be drawn about the possible existence of liquid water. Rather, the greenhouse effect must also be taken into account, which the students learn about in this station by means of an experiment. The station first deals with our sister planet Venus. However, conclusions are also drawn for the existence of water on exoplanets. - Influence of the atmosphere (2) – atmospheric pressure:
The planet Mars shows that atmospheric pressure also plays a decisive role in the existence of liquid water. By means of an experiment it is first worked out that the existence of liquid water depends not only on the temperature, but rather also on the atmospheric pressure. These results are applied to the planet Mars and to exoplanets. - Stellar activity and the consequences for exoplanets (only possible in good weather):
With the help of the telescope in the (student) lab (and a suitable) solar filter, sunspots and prominences are identified as signs of solar activity. Subsequently, the consequences of solar activity on the emergence of life on an exoplanet are discussed.
DOWNLOAD (Teaching materials)