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, Betreuung u.U. auf Englisch)
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 5 An den Grenzen des Auflösungsvermögens
(Praktischer Versuch)
Teleskope haben in der Astronomie zwei Hauptfunktionen: Zum einen dienen sie als Lichtsammler, um dunkle Objekte wie zum Beispiel entfernte Galaxien oder leuchtschwache Sterne zu zeigen, die unseren Augen sonst verborgen blieben. Zum anderen ermöglichen sie selbst aus großer Entfernung noch eine erstaunliche Menge an Details sichtbar zu machen, die zu klein für unser bloßes Auge sind. Genau darum soll es in diesem Praktikumsversuch gehen: Nach einer kurzen Einleitung dürfen Sie eigenständige Beobachtungen an unterschiedlichen Teleskopen mit verschiedenen optischen Fähigkeiten durchführen. Sie lernen, was ein Okular ist und was man eigentlich unter dem Begriff „Auflösungsvermögen“ ganz praktisch versteht. Bis zu welchem Abstand können Sie mit Hilfe eines Teleskops noch Zeitung lesen? Finden wir es heraus!
A 6 Galaxienhaufen oder warum das Universum klumpig ist
(Versuch am Computer)
Sterne sind nicht gleichmäßig im Weltall verteilt, sondern kommen nur in Galaxien wie unserer Milchstraße vor. Diese gewaltigen „Sterneninseln“ sammeln sich wiederum in noch viel größeren Galaxienhaufen an. Dazwischen liegen unermessliche Leerräume. Das ist erstaunlich, denn wir wissen, dass alle Materie das Universum unmittelbar nach dem Urknall äußerst gleichmäßig ausgefüllt haben muss. Messungen der kosmischen Hintergrundstrahlung (eine Art Nachhall des Urknalls) lassen jedoch darauf schließen, dass es anfangs winzige Unregelmäßigkeiten gab. Aus diesen bildeten sich durch die Wirkung von Gravitationskräften im Laufe von Jahrmilliarden Zusammenballungen von Materie, aus denen schließlich die Galaxien und Galaxienhaufen hervorgegangen sind. Mit Hilfe sehr leistungsfähiger Computer können wir diesen Vorgang heute in aufwändigen Simulationen überaus detailliert nachvollziehen. Derartige Simulationen zeigen zum Beispiel, dass es bei der Bildung von Galaxienhaufen nicht nur auf die Gesamtmenge, sondern auch auf das Verhältnis von normaler Materie, aus denen Sterne und Planeten bestehen, und der rätselhaften dunklen Materie ankommt.
Mit diesem Versuch haben Sie die Gelegenheit, gewonnene Simulationsdaten bildlich darzustellen und zu analysieren. Gewinnen Sie einen Eindruck, wie es dazu kam, dass unser Universum nach und nach „klumpig“ wurde und auf welche Weise sich unterschiedliche Annahmen über die Bestandteile der Materie auswirken.
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 Sonnensystembeobachtung am Tag
(Praktischer Versuch, bei schlechtem Wetter Versuch am Computer)
In diesem Versuch werden mit einem Teleskop helle Himmelskörper, die man bei guten Wetterbedingungen auch am Tage sehen kann, beobachtet. Aus Änderungen des sichtbaren Bildes werden dann Eigenschaften von Objekten im Sonnensystem sowie deren Bewegungen bestimmt. Bei Bewölkung wird mit simulierten Daten gearbeitet.
Je nach Sichtbarkeit werden geeignete Objekte ausgewählt.
A 10 Schwarze Löcher
(Versuch am Computer, Betreuung u.U. auf Englisch)
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)
Radiowellen lassen sich mit Hilfe des Kleinen Radioteleskop (KRT3) am Tage und bei (fast) jedem Wetter beobachten. Das KRT3 ist eine Radioantenne mit 3 Metern Durchmesser, die auf dem Hauptgebäude der Sternwarte installiert ist. In dem Versuch lernt man mit so einem Teleskop umzugehen und die Radiohelligkeit der Sonne bei einer Frequenz von 1420 MHz (Wellenlänge 21cm) zu messen. Das KRT3 kann auch die Strahlung des in der Milchstraße fein verteilten neutralen Wasserstoffs messen und seine Geschwindigkeit relativ zum Sonnensystem bestimmen. Mit diesen Messungen ist eine grobe Abschätzung der Masse unserer Milchstraße möglich.
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.