Lernfeld Sonne - Das Sonnensystem (HS/PH 3)

Overheadfolien

Arbeitsblätter

Fachübergreifende Materialien (Vorschläge)

Anregungen zu selbstständigem und handlungsorientiertem Lernen

Unser Sonnensystem passt in kein Modell, das man mit maßstabsgetreuen Entfernungs- und Größenverhältnissen in die Klasse stellen könnte. Um Schülern eine Vorstellung von den Dimensionen des Universums, des Sonnensystems geben zu können, sollte der Zugang zum Thema auf möglichst vielfältige Weise geschehen. Die Dimensionen lassen sich am ehesten veranschaulichen, wenn unser Sonnensystem im Maßstab 1 : 1 000 000 000 verkleinert und in eine Landschaft gestellt wird. Will man das jedoch tatsächlich mit allen Planeten durchführen, so kommt man bis zu Entfernungen von einigen Kilometern. Als Alternative bieten sich:

-Die gedankliche Wanderung zu den Planeten

-Die teilweise Darstellung in einer Landschaft (Sonne und Erde auf dem Sportplatz)

-Das Eintragen der Entfernungen in einen Stadt- od. Landschaftsplan

-Das Berechnen der Maßstäbe – das Zeichnen der maßstabsgetreuen Entfernungen od. Größen

-Größenmodelle in der Klasse

-Tischmodelle mit den inneren Planeten

Die Sonne und der Mond, das eine ein riesiger Stern, das andere nur ein kleiner Trabant, beeinflussen Vorgänge auf der Erde. Die Sonne zwingt die Erde auf eine Umlaufbahn und die Erde wiederum zwingt den Mond auf eine Umlaufbahn. Hier kommen sowohl mathematische Berechnungen ins Spiel, als auch der Weg von alten Weltbildern zu einer neuen, nicht mehr durch religiöse Vorstellungen vorrangig bestimmten Sicht der Welt. Mit etwas Mathematik und physikal. Überlegungen kann man z.B. folgende Fragen beantworten. (Warum bleibt der ...

• Das Verstehen alltäglich beobachtbarer Vorgänge

• Erweitern der Vorstellungskraft in Bezug auf unser Sonnensystem

• Fächerübergreifendes Arbeiten

• Verständnis für die Entwicklung der Weltbilder

• Handlungsorientiertes Arbeiten mit Modellen

• Rechnen mit Maßstäben

• Eigenes Berechnen von im Alltag bekannten Größen

• Gedanken, Vorstellungen, Fragen zum Universum einbringen

• ...

Vorschläge zur Plakatgestaltung:

• Plakat von Physikern und Weltbildern
• Plakat der Größenverhältnisse im Sonnensystem
• Plakat zur Entstehung des Universums
• Plakat zu Jahreszeiten und Sonnenstand
• Plakat zu den Planeten des Sonnensystems
• ...

Unser Sonnensystem ist zweigeteilt:
Innere Planeten: Merkur, Venus, Erde, Mars (erdähnliche oder terrestrische Planeten)
Äußere Planeten: Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun, Pluto (jupiterähnliche oder iovanische Planeten)

Die inneren Planeten unterscheiden sich deutlich von den äußeren. Die inneren Planeten sind relativ klein und zeigen schwach ausgebildete Atmosphären. Diese bestehen hauptsächlich aus Sauerstoff, Stickstoff und Kohlendioxid. Die Rotationsgeschwindigkeit der inneren Planeten ist vergleichsweise klein und ihre Oberflächen bestehen aus Gesteinen und Metallen.
Die äußeren Planeten dagegen sind sehr groß, ihre Atmosphären besitzen riesige Ausdehnungen und bestehen aus Wasserstoff, Helium und Methan. Die Rotationsgeschwindigkeiten sind hoch und der innere Aufbau unterscheidet sich wesentlich von den inneren Planeten. Zumeist haben die äußeren Planeten einen harten Kern – aber einen flüssigen Mantel.
Die beiden Gruppen werden von einem Asteroidengürtel getrennt. Die Entfernungen folgen einer mathematischen Reihe – der sogenannten Titius Bode-Reihe. Alle Planeten liegen in einer Ebene. Bei der Entstehung unseres Sonnensystems fragte man sich, warum es aus unterschiedlichen Himmelskörpern besteht. Frühe Theorien nahmen an, dass das Sonnensystem durch einen Stern entstand, der an der Sonne vorbeiflog und so aus dieser Trümmer riss, die unsere heutigen Planeten bildeten. Das wäre jedoch ein sehr unwahrscheinlicher Zufall, da Sterne immer sehr weit voneinander entfernt sind.
Die Sonne entstand vor ungefähr vier Milliarden Jahren als Stern in einer ganzen Gruppe von Sternen. Um die Sonne herum kreiste ein riesiger Ring aus Gas und Staub – hauptsächlich aus Wasserstoff bestehend. Die festen Teilchen in diesem Ring stießen immer wieder zusammen und bildeten so mit der Zeit größere Körper. Diese zogen dann wiederum die kleineren Teilchen an und vergrößerten sich weiter. Gasatome wurden dann ebenfalls von den Körpern angezogen und bildeten eine Atmosphäre um jene. Aus den Zusammenstößen gingen einerseits Verbindungen hervor die Planeten bildeten, andererseits zerbrachen die gebildeten Körper wieder und es entstanden kleinere Planeten, oder die Monde der größeren. Mehrere hundert Millionen Jahre dauerten diese Vorgänge, bis das Sonnensystem mehr oder weniger ...

So wie die Erde an allen Körpern zieht, so zieht auch der Mond an unserer Erde. Obwohl der Mond nur ca. ein 82stel der Erde wiegt und die Anziehungskraft mit dem Quadrat der Entfernung abnimmt, wirkt sich seine Kraft, mit der er an der Erde zerrt, auf die Erde aus. Diese Kraft beeinflusst die Bewegung der Erde und erzeugt die Gezeiten. Erde und Mond kreisen um einen gemeinsamen Schwerpunkt. Die Kombination der Schwerkräfte von Erde und Mond und die Taumelbewegung der Erde erzeugen die Gezeiten. Auf der mondzugewandten Seite hebt der Mond durch seine Anziehungskraft das Wasser. Auf der Gegenseite wird es durch die Fliehkraft der Erde nach oben gezogen. Es entstehen zwei Flutberge. Da sich die Erde aber schneller bewegt, als der Mond um sie wandert, zieht die Erde durch ihre Drehbewegung diese Flutberge mit sich. Aus diesem Grund sind die Flutberge nicht genau auf den Mond ausgerichtet – sie eilen ihm etwas voraus.

Aber nicht nur der Wasserstand an den Küsten wird durch den Mond beeinflusst. Auch die Kontinente heben und senken sich zweimal am Tag um 40cm.

In der Bretagne werden die Gezeiten dazu benutzt, um Energie aus ihnen zu schöpfen – in einem sogenannten Gezeitenkraftwerk. Zweimal beim Einströmen und zweimal beim Ausströmen der Wassermassen erzeugen Turbinen dort täglich elektr. Energie. Leider erzeugt so ein Gezeitenkraftwerk nur verhältnismäßig wenig Energie, in obigem Beispiel sind es 240 Megawatt. Außerdem verschieben sich die Spitzenzeiten jeden Tag ...

Knotenlinie

Eine Sonnenfinsternis entsteht, wenn sich der Mond zwischen Sonne und Erde schiebt. Aber trotzdem tritt nicht bei jedem Umlauf des Mondes eine Sonnenfinsternis auf, wie das bei einer ebenen Mondbahn eigentlich der Fall sein müsste. Die Mondbahn jedoch ist gegenüber der Erdbahn um ca. fünf Grad geneigt. Somit hält sich der Mond die meiste Zeit über oder unter der Erde auf. Der Vollmond bekommt also fast immer das volle Sonnenlicht über- oder unterhalb der Erde und ebenso bleibt der Neumond fast immer unsichtbar über- oder unterhalb der Erde. Mondbahnebene und Erdbahnebene haben eine gemeinsame Schnittlinie. – Die sogenannte Knotenlinie. Die Punkte, in denen die Mondbahn die Erde schneidet heißen Knoten der Mondbahn. Wenn der Mond einen dieser Knoten passiert, so kommt er von einer Seite der Erdbahnebene auf die andere. Man spricht von einem aufsteigenden Knoten, wenn der Mond von unten nach oben (vom Südpol Richtung Nordpol) wechselt und von einem absteigenden Knoten, wenn der Mond die Erdbahn in der anderen Richtung passiert. Wenn die Knotenlinie fest im Raum läge, so wären Finsternisse nur zu zwei Jahreszeiten möglich (Sommer und Winter), wenn der Mond an einem der Knotenpunkte steht. Dann wären die Finsternisse leicht vorauszusagen, wenn man die Termine für Vollmond und für Neumond kennt. Die Knotenlinie liegt aber nicht fest im Raum, was die Voraussagen von Finsternissen wesentlich verkompliziert. Der Mond führt nämlich drei Bewegungen aus, hervorgerufen durch die komplizierten Schwerkraftverteilungen von Sonne, Mond und Erde. Die Erde ist ja bekanntlich keine Kugel, sondern an den Polen abgeplattet. Ihr Äquatordurchmesser beträgt um 43 km mehr als ihr Durchmesser an den Polen. Dadurch ist die Schwerkraft, die sie auf den Mond ausübt viel komplizierter, als die einer Erde in Kugelform. Der Mond verformt die Erde wiederum durch seine Anziehungskraft und lässt die Gezeiten entstehen, wodurch die Erdanziehngskraft noch unüberschaubarer wird. Außerdem zieht die Sonne ununterbrochen am Erde-Mond-System. Während sich die Erde und der Mond um die Sonne bewegen zieht die Sonne in verschiedenen Richtungen an beiden – außerdem ist ihre Kraft nicht ...