Versuche
Alle Versuche werden in Kleingruppen von ca. 2-4 Personen bearbeitet.
A 1 Sterne im Computer
(Versuch am Computer)
Verschiedene Sterne haben verschiedene Eigenschaften wie Masse, Radius und Leuchtkraft. Die fundamentalen Beziehungen, die zwischen diesen Größen herrschen, werden beschrieben und erklärt. In dem Versuch werden dann Computersimulationen von Sternen mit verschiedenen Massen berechnet, die Vorhersagen für die Zusammenhänge zwischen diesen Größen machen. Zum Schluss werden die künstlichen Sterne mit Beobachtungen verglichen.
An Mathematikkenntnissen wird vor allem die Kenntnis des Logarithmus vorausgesetzt.
A 2 Beobachtung mit dem Hamburger Robotischen Teleskop (HRT)
Das HRT ist ein normalerweise vollautomatisch arbeitendes Teleskop mit einemSpiegeldurchmesser von 1,2m, welches mit einem Spektrometer ausgestattet ist. Das Teleskop befindet sich nahe der Stadt Guanajuato in Zentralmexiko. Ziel des Versuches ist die Aufnahme eines Sternspektrums und die Zuordnung einzelner Spektrallinien zu einem chemischen Element. Im Versuch ist die Automatik ausgeschaltet, sodass die Schüler via Internet jede Komponente des Systems unter Anleitung und Aufsicht ferngesteuert bedienen. Der Versuch kann nur bei dortigem klarem Himmel durchgeführt werden.
A 3 Computersimulationen zur Entstehung von Sternen und Galaxien
(Versuch am Computer)
Der Versuch besteht aus zwei Teilversuchen. Im ersten Teil geht es um Sternentstehung. Sterne entstehen aus dem Kollaps überdichter Gaswolken. Ob eine Gaswolke unter ihrem eigenen Gewicht kollabieren kann, hängt von ihrer Masse, dem Druck und der Kühleigenschaft bzw. der Zustandsgleichung des Gases ab. Wir werden die Stabilität und den Kollaps von hydrostatischen Gassphäen mit Hilfe von Computersimulationen untersuchen. Dabei werden wir die Stabilitäts- bzw. Kollapskriterien ableiten. Im zweiten Teil geht des um die Entstehung von Planetensysteme, aber auch von Sternhaufen und Galaxien. Alle diese astronomischen Systemen werden durch die gravitative N-Körper Wechselwirkung beschrieben. Wir werden mit Hilfe von Computerprogrammen die Dynamik von Zwei- und Mehrkörpersystemen untersuchen.
A 4 Atmosphären von Venus, Erde und Mars
(Versuch am Computer)
Bei der Betrachtung der Planeten Venus, Erde und Mars fällt auf, wie sehr sich deren Atmosphären unterscheiden: Während auf der Venus unter ihren dicken Kohlenstoffdioxid-Wolken ein starker Treibhauseffekt herrscht, besitzen wir auf der Erde für die Entstehung von Leben ideale Bedingungen, wobei hingegen auf dem Mars kaum eine Atmosphäre vorhanden ist. Dabei besaßen alle drei Planeten am Anfang ihrer Entstehungsgeschichte eine sehr ähnliche chemische Zusammensetzung ihrer Atmosphären. In diesem Versuch wird den Ursachen für diese gegensätzliche Entwicklungen auf den Grund gegangen.
A 6 Dunkle Materie, dunkle Energie und die Ausdehnung des Universums
(Versuch am Computer)
Das Universum dehnt sich seit dem Urknall unentwegt aus. Wir können das durch die sogenannte Fluchtbewegung der Galaxien beobachten, d.h. Galaxien bewegen sich scheinbar umso schneller von uns weg, je weiter sie entfernt sind. Dieser Zusammenhang wurde von Edwin Hubble entdeckt und heißt seither das Hubble-Gesetz. Aus den von Albert Einstein aufgestellten Gesetzen der Schwerkraft folgt, dass sich die Ausdehnung des Universums mit der Zeit verlangsamt und zwar umso stärker, je mehr Materie im Universum vorhanden ist. Aus der beobachteten Fluchtbewegung weit entfernter Galaxien folgt erstaunlicherweise, dass es viel mehr Materie im Universum geben muss, als wir unmittelbar in Form von Sternen in den Galaxien sehen können. Die fehlende Materie wird deswegen dunkle Materie genannt. Eine noch größere Überraschung gab es, als Astronomen Ende der neunziger Jahre des letzten Jahrhunderts herausfanden, dass sich die Verhältnisse in den letzten paar Milliarden Jahren offenbar umgekehrt haben: Die Ausdehnung des Universums verlief nicht mehr abgebremst, sondern wurde im Gegenteil immer schneller. Dafür wird die sogenannte dunkle Energie verantwortlich gemacht.
Sie werden Gelegenheit haben, mit Hilfe eines Computerprogramms zu berechnen, wie sich die Ausdehnung des Universums unter dem Einfluss der dunklen Materie und Energie seit dem Urknall verändert hat. Und Sie werden versuchen herauszufinden, wie sich die von Astronomen beobachtete Ausdehnung des Universums, in dem wir leben, am besten erklären lässt.
A 8 Extrasolare Planeten
(Versuch am Computer)
Der Versuch bietet eine Einführung in das Thema 'Exoplaneten', also Planeten ausserhalb unseres Sonnensystems. Die verschiedenen Möglichkeiten, solche Planeten zu entdecken, sowie der Begriff der 'habitablen Zone' werden besprochen. Anhand eines Computermodells soll untersucht werden, wie man mit Hilfe von Bedeckungen die Eigenschaften von Exoplaneten erforschen kann.
A 9 Jupiter im Teleskop
(Praktischer Versuch)
Mit dem Hamburger Lippert-Teleskop kann man Jupiter auch bei guten Wetterbedingungen beobachten. Bei Bewölkung wird mit simulierten Daten gearbeitet. Der Planet Jupiter besitzt neben vielen kleineren 4 große Monde, die sog. Galileischen Monde, die erstmals von Galilei beobachtet wurden. Aus simulierten Beobachtungen Jupiters und dieser Monde sollen die Umlaufzeiten der Monde berechnet werden und auf diese Weise das 3. Keplersche Gesetz nachvollzogen werden.
A 10 Schwarze Löcher
(Versuch am Computer)
In der Astrophysik treten extrem kompakte Objekte -- sogenannte Schwarze Löcher auf. Schwarze Löcher beeinflussen durch ihre starke Gravitationswirkung ihre Umgebung und die darin ablaufenden Prozesse. Sie spielen beispielsweise in den Zentren von Galaxien oder Quasaren eine wichtige Rolle. In diesem Versuch wird die Wirkung eines Schwarzen Lochs auf Licht und Objekte in seiner Umgebung behandelt. Im ersten Teil wird ein Computerprogramm benutzt, um die Lichtwege in der Nähe des Schwarzen Lochs zu berechnen und dabei zu verstehen, wie das Licht beeinflusst wird. Im zweiten Teil werden mit einem anderen Programm die Umlaufbahnen um ein Schwarzes Loch berechnet und näher untersucht.
A 11 Echtfarben-Abbildung aus astronomischen Daten
(Versuch am Computer)
Aus 3 gefilterten Aufnahmen des Orion-Nebels (einer Sternentstehungsregion) soll ein Echtfarbenbild erzeugt werden. Dafür müssen mit einem Bildverarbeitungsprogramm die Einzelbilder normiert und aufaddiert werden. Durch Erstellen einer die Filterkurven berücksichtigenden Farbtabelle kann das zusammengesetzte Bild dann in Echtfarben dargestellt werden.
A 12 Fraunhofer-Linien
(Praktischer Versuch)
Ein Spektrum der Sonne wird mit einem Prismen-Spektrographen der Sternwarte aufgenommen. Mit einem Bildverarbeitungsprogramm wird dann eine Wellenlängenkalibration durchgeführt und die stärksten Fraunhofer-Linien identifiziert.
A 13 Radiobeobachtungen mit dem KRT3
(Praktischer Versuch)
Die Sonne, helle Pulsare und Radio-Galaxien können mit dem Kleinen Radioteleskop (KRT3) bei einer Frequenz von 1420 MHz beobachtet werden. Das KRT3 ist eine Radioantenne mit 3 Metern Durchmesser, die auf einem Gebäude der Sternwarte installiert ist. In dem Versuch lernt man mit so einem Teleskop umzugehen und die Radio-Helligkeit verschiedener Objekte zu bestimmen.
A 14 Zirkumstellare Scheiben
(Versuch am Computer)
Im Jahre 1983 entdeckte der Infrarotsatellit IRAS bei einigen Sternen unerwartet hohe Infrarotstrahlung. Es stellte sich heraus, dass dieser sogenannte Infrarotexzess von Staubscheiben stammt, die die entsprechenden Sterne umgeben und die die Geburtsstätte von Planetensystemen sind. Spätestens seit der Entdeckung extrasolarer Planeten im Jahr 1995 finden derartige Forschungsergebnisse ein verstärktes öffentliches Interesse. Nach einer Einführung in die Problematik (Sternentstehung & Bildung von Planetensystemen) werden aktuelle hoch aufgelöste optische Daten (Spektren) am Computer untersucht, die einen Einblick in die Dynamik des zirkumstellaren Materials und damit in die Frühphase der Planetenentstehung erlauben.
A 15 Absorptionslinien in den Spektren von Quasaren
(Versuch am Computer)
Das Spektrum eines Quasars enthält Hunderte von einzelnen Absorptionslinien, die von der Materie zwischen uns und dem Quasar verursacht werden. Die Analyse dieser Spektrallinien ermöglicht wichtige Aussagen über den Aufbau und die Entwicklung des Universums. Auf der Basis eines kürzlich gewonnenen Quasarspektrums sollen die Linien des atomaren Wasserstoffs untersucht werden. Die anschließende Auswertung wird Informationen über die Entfernung, Dichteverteilung und Temperatur der absorbierenden Gaswolken liefern.
A 16 Computerberechnungen für Sternatmosphären
(Versuch am Computer)
Das Licht von Sternen weist häufig ein komplexes Spektrum auf, das von den Eigenschaften dieser Objekte direkt beeinflusst wird. Sollen aus den Spektren von Sternen deren Eigenschaften (z.B. Temperatur und chemische Zusammensetzung) bestimmt werden, muss man Computersimulationen von ihren Atmosphären erstellen, die zugehörigen Spektren simulieren und sie mit beobachteten Spektren vergleichen. In diesem Versuch wird mit einfachen Computerberechnungen demonstriert, wie z.B. die Temperatur und andere Parameter einzelne Spektrallinien beeinflussen. Am Schluss werden wir diese Parameter für reale Sterne aus jüngst gewonnenen Spektren bestimmen, die mit dem derzeit größten Teleskop der Welt, dem 10m-Keck Teleskop auf Hawaii aufgenommen wurden.