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Hansa-Gymnasium MINT

Astronomie

Asteroiden? Viele denken beim Stichwort Asteroiden erst einmal an Hollywoodfilme über riesige Brocken, die überraschend aus dem Weltraum auf die Erde zurasen und sämtliches Leben auf der Erde bedrohen, weswegen eine heroische Rettungsaktion mit diversen dramatischen Verwicklungen anläuft, an deren Ende Bruce Willis den Asteroiden doch noch im allerletzten Moment durch allerlei Atombombengeballer unschädlich macht.

Im richtigen Leben liegen die Dinge natürlich ein wenig anders. Asteroiden sind, grob gesprochen, tatsächlich Gesteinsbrocken unterschiedlicher Größe, die sich hauptsächlich zwischen Mars und Jupiter bewegen. Und tatsächlich kann es auch vorkommen, dass einzelne Asteroiden der Erde nahe kommen und auch mit ihr kollidieren. Im realen Leben kommt das deutlich seltener vor als in Hollywoodfilmen, und die meisten Asteroiden im Sonnensystem sind kleiner als die aus Hollywood, dennoch ist ein solches, wenn auch sehr seltenes Szenario möglich. Tatsächlich trat am 13. Februar 2013 ein kleiner Asteroid in der Nähe der russischen Stadt Tscheljabinsk in die Erdatmosphäre ein. Er zerplatzte und verglühte zwar zum größten Teil in der Atmosphäre, so dass nur kleine Bruchstücke auf dem Erdboden aufschlugen, dennoch wurden durch die damit verbundene Druckwelle mehrere hundert Menschen verletzt.

Solche Ereignisse lassen sich nur dann vorhersagen und möglicherweise beherrschen oder verhindern, wenn man über ein möglichst vollständiges Wissen über alle Asteroiden im Sonnensystem verfügt. Derzeit ist von den vermutlich mehreren Millionen Asteroiden jedoch nur ein Teil bekannt. Bruce Willis hätte derzeit eher schlechte Karten. Es gibt aber bereits einige wissenschaftliche Forschungsprojekte, die an der Verbesserung der Datenlage arbeiten.

Asteroiden, die der Erde nahe kommen können, (sogenannte Near Earth Objects, kurz: NEOs) zu entdecken und ihre Bahnen zu vermessen, ist eins der Hauptziele des Panoramic Survey Telescope & Rapid Response System (kurz: Pan-STARRS). Pan-STARRS ist ein Teleskop auf Hawaii, das systematisch den Himmel abfotografiert, um auf den Aufnahmen NEOs zu entdecken und zu vermessen. An der Auswertung dieser Aufnahmen nehmen im Rahmen der International Astronomical Search Collaboration (IASC) auch Schülerinnen und Schüler aus aller Welt teil. Im Schuljahr 2015/2016 war erstmals auch eine Schülergruppe vom Hansa dabei.

Mitgesucht und ausgewertet haben sechs Schülerinnen und Schüler aus den 7. -11. Klassen.
Über das Haus der Astronomie in Heidelberg, das die Suchkampagnen für deutsche Schulen koordiniert, haben wir im Frühjahr sechs Wochen lang regelmäßig neue Bilder aus Hawaii bekommen. Das Teleskop auf Hawaii fotografiert denselben Himmelsausschnitt jeweils vier Mal im Abstand von etwa einer Viertelstunde. Jeder solche Satz aus vier Bildern wird mit Hilfe eines speziellen Computerprogramms ausgewertet: Da sich Asteroiden von der Erde aus gesehen vor dem Himmelshintergrund der Sterne und Galaxien relativ schnell bewegen, lassen sie sich finden, indem man die vier Fotos „blinkt„, d.h. schnell zwischen ihnen hin- und herschaltet. Das Muster der Sterne und Galaxien ist auf allen vier Fotos identisch, NEOs dagegen bewegen sich zwischen zwei Bildern ein deutliches Stück weiter.

Hat man ein NEO gefunden, wird mit Hilfe der Software seine Bahn vermessen und es wird in der Datenbank des Minor Planet Center (MPC) in Harvard gesucht, ob das NEO bereits bekannt ist. Alle Messungen werden sorgfältig in eine Datei geschrieben und ans MPC geschickt.

Unsere erste Suchkampagne am Hansa war gleich recht erfolgreich: Neben der Vermessung einer ganzen Reihe schon bekannter NEOs gingen uns gleich zwei wahrscheinlich neue ins Netz, die auf der Webseite der IAO als „Kandidaten„ für Neuentdeckungen veröffentlicht wurden. Diese Beobachtungen müssen jetzt von anderen Beobachtern und vom MPC überprüft werden. Wenn sie tatsächlich in den nächsten Jahren bestätigt werden, wartet auf Lisa Jahrmarkt, Paul Winkler und Maren Emmermann eine besondere Hausaufgabe: Sie dürfen den Asteroiden dann Namen geben.

Pan-STARRS sucht derweil weiter nach NEOs und im neuen Schuljahr gibt es weitere Suchkampagnen der IASC – und selbstredend ist das Hansa wieder dabei!

Für die Astronomie-AG und für alle anderen Astronomie-Fans in Hamburg waren die letzten Monate ziemlich frustrierend: Wolken ohne Ende, so dass praktisch kein Beobachten möglich war. So waren die Erwartungen auch für den 9.Mai gedämpft, für den ein Merkurtransit angekündigt war: Merkur, der innerste Planet des Sonnensystems, läuft dann auf seiner Bahn sozusagen genau zwischen Erde und Sonne hindurch, so dass er von der Erde aus vor der Sonnenscheibe beobachtet werden kann.
In der ersten Maiwoche passierte dann aber tatsächlich das, was Astronomiefans manchmal sarkastisch eine Schönwetterkatastrophe nennen: Unglaubliche fünf weitestgehend klare Tage, so dass wir den Merkurtransit tatsächlich am Montagnachmittag an der Schule beobachten konnten: Da Merkur durch Sonnenschutzbrillen mit dem bloßen Auge nicht zu erkennen ist, weil er zu klein dafür ist, haben wir das Solarscope vor dem Schulgebäude aufgebaut. Es zeigte uns ein etwas 10cm großes, projiziertes Bild der Sonne mit Merkur als kleiner schwarzer Scheibe, die im Laufe des Nachmittags exakt wie verhergesagt über die helle Sonnenscheibe zog. Wer noch höher vergrößerte Bilder sehen wollte, konnte außerdem im Biologieraum am Smartboard einen Livestream der NASA verfolgen.
Für ein paar eigene Bilder dieses außergewöhnlichen astronomischen Ereignisses hatten wir auf der Dachkanzel ein Teleskop mit Kamera stehen und außerdem ein weiteres Teleskop mit Sonnenfilter, um die sich Noah und Paul von der Astronomie-AG gekümmert haben.
Fazit: Ein interessanter Beobachtungsnachmittag bei bestem Frühlingswetter, der für einige Schlechtwetterphasen entschädigt – so macht Astronomie Spaß!

Der Merkurtransit im sogenannten CaK-Licht: Die Aufnahme wurde durch einen Filter gemacht, der nur Licht der Wellenlänge 393,4nm passieren lässt. Dadurch werden helle, „netzartige“ Strukturen einer bestimmten Schicht der Sonne (der sogenannten Chromosphäre) sichtbar, die auf Magnetfelder zurückgeführt werden. Auch mehrere Sonnenflecken sind erkennbar.
Es wurden neun Bilder überlagert, die im Abstand von jeweils knapp 1h entstanden sind, um den Weg darzustellen, den Merkur während des Transits genommen hat.
Merkur vor der Sonne im weißen Licht: Diese Aufnahme wurde mit einem normalen Fotoapparat gemacht; das Sonnenlicht wurde dabei durch einen Folienfilter stark gedämpft, enthält aber – anders als die Aufnahme oben - alle Wellenlängen.
Beobachten mit dem Solarscope: Ein etwa 10cm großes Bild der Sonnenscheibe wird auf einen Pappschirm projiziert, so dass mehrere Schülerinnen und Schüler gleichzeitig den Transit beobachten können. Beobachten und Fotografieren des Merkurtransits mit der Astronomie-AG.

Zeitrafferfilm

Merkurtransit im Zeitraffer
Ein Timelaps-Video zum Merkurtransit: In regelmäßigen Abständen aufgenommene Fotos wurden zu einem Video zusammengefügt.

Achtung! 300MB

Die Wetterprognose für den 20.März ließ uns bis zuletzt bangen, ob sich der Aufwand gelohnt hatte: Vorhergesagt wurden ein klarer Himmel am Morgen, dann aber im Verlauf des Vormittags Hochnebelbildung und Wolken, die sich von Norden aus über Hamburg ausbreiten und die Sonne verdecken, die aber Bergedorf erst gegen 12 Uhr erreichen – und damit erst nach Ende der Finsternis. WENN die Meteorologen richtig lägen, wäre Bergedorf also der einzige Teil von Hamburg, in dem man die Finsternis komplett von 9.36 Uhr bis 11.55 Uhr beobachten kann…
Die Planung für das Astronomie-Event des Jahres war schon im Februar angelaufen: Die Fachschaft Physik hatte rechtzeitig 60 Sonnenschutzbrillen besorgt, die ein gefahrloses Beobachten der Sonne durch eine spezielle Filterfolie ermöglichen. Aus der Physiksammlung wurde ein Projektionsteleskop bereitgestellt, mit dem ein etwa 10cm großes Bild der Sonne auf einen Schirm projiziert wird, das von mehreren Personen zugleich beobachtet werden kann. Zusätzlich war geplant, die Sonne auch in die Klassenräume zu bringen: Von einem h-alpha-Teleskop auf dem Dach sollte mit einer Videokamera ein detailreiches Bild der Sonne auf die Smartboards übertragen werden. Dieser Plan ließ sich aber, trotz tatkräftiger Unterstützung durch Herrn Schultz, leider nicht realisieren – die Firewall des Schulnetzes erwies sich als unüberwindliches Hindernis.

Alles andere funktionierte zu allseitiger Zufriedenheit: Alle Klassen und Oberstufenkurse hatten Gelegenheit, auf dem Schulhof die Finsternis selbst zu beobachten – direkt mit eigenen Augen (natürlich mit Sonnenschutzbrille sicher geschützt!) und per Projektion, und dieses Angebot wurde auch ausgiebig wahrgenommen.

Die Bergedorfer Zeitung berichte am 21.3.2015 ausführlich über das Ereignis der partiellen Sonnenfinsternis und verwendete auch die Fotos, die Dr. Frank Tschepke, Physik- und Mathematiklehrer an unserer Schule und Leiter der Astronomie-AG, aufgenommen hatte.
Scan der BZ-Seite als pdf: scan-bz-sonnenfinsternis-21032015.pdf [2.955 KB]

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Schülerinnen und Schüler der MINT-Profilkurse haben dabei zuverlässig und kompetent den Verleih der Schutzbrillen organisiert und betreut – ihnen dafür nochmals vielen Dank! - und das Ereignis fotografisch festgehalten und zumindest sie konnten die Finsternis auch mit dem h-alpha-Teleskop beobachten. Und tatsächlich spielte auch das Wetter mit! Bestes Frühlingswetter und klarer Himmel bis zum Ende der Finsternis gegen 12 Uhr und entsprechend angenehme, entspannte Atmosphäre auf dem Schulhof.

Fazit: Die Wettervorhersage war auf den Punkt richtig und alle hatten einen Vormittag mit Spaß und interessanten Beobachtungen!

Foto von O. Huras, aufg. mit Canon 60D

Am 6. Juni 2012 versammelten sich gegen 4.30 Uhr interessierte Schüler und Lehrer des Hansa-Gymnasiums, um in gut 40 Metern Höhe von der Dachkanzel des Schulgebäudes den vorerst letzten Transit der Venus vor der Sonne zu beobachten. Dieses außergewöhnliche Himmelsphänomen findet nur in unregelmäßigen Zeitabständen statt. Der letzte Transit war im Jahr 2004 zu beobachten, der nächste Durchgang wird nun aber erst im Jahr 2117 stattfinden.
Historische Berühmtheit erlangten insbesondere die Venusdurchgänge in den Jahren 1761 und 1769, als unzählige Forscherteams von Europa aus in die Welt entsandt wurden (u.a. James Cook nach Tahiti). Ziel war es, mithilfe der Beobachtungsdaten und entsprechender geometrischer Überlegungen den Abstand zwischen Erde und Sonne genau berechnen zu können.
Mithilfe dieses Abstandes, der sogenannten Astronomischen Einheit, war es in der Folge möglich, auch die Abstände zu anderen Himmelskörpern zu berechnen.

In der modernen Literatur verarbeitete der amerikanische Autor Thomas Pynchon die historischen Umstände dieser beiden Durchgänge in seinem berühmten Roman "Mason & Dixon".

Die Vorbereitungen zu den diesjährigen Beobachtungen gestalteten sich wechselhaft. Insbesondere kündigten selbst die optimistischsten Vorhersagen regnerisches Wetter ab ca. 4.30 Uhr an, also genau zur geplanten Beobachtungszeit! Dem Wissenschaftsgeist verpflichtet und wissend, dass ein Venustransit nicht noch einmal zu Lebzeiten zu erleben sein wird, ließen es sich einige Interessierte dann aber doch nicht nehmen, an den Beobachtungen teilzunehmen.

Als dann die Sonne pünktlich gegen 4:55 Uhr am Horizont aufging und kurz darauf der schwarze Venusfleck beobachtet werden konnte, war die Freude enorm! Nun liefen die mit Sonnenfiltern bestückten Fotoapparate und Beobachtungsgeräte heiß. Als Hilfsmittel dienten dabei verschiedene Spiegelteleskope, sowie ein sogenanntes Solarscope, mit dem der Durchgang auf einen Schirm projiziert wurde.

Foto Dr. Glaser: einfache Kamera, im Solarscope

Foto Dr. Glaser: Beobachtungen mit Hilfe eines Solarscopes