Beobachtungen am Mond U. Backhaus und S. Struzyna, Universität Duisburg-Essen

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1 Beobachtungen am Mond U. Backhaus und S. Struzyna, Universität Duisburg-Essen Alle Kinder kennen den Mond. Sie wissen, dass er mal rund aussieht und dass er manchmal die Gestalt einer Sichel hat. Sie haben ihn als Licht in der Nacht erfahren und in Kinderbüchern über ihn gelesen und Bilder von ihm betrachtet. Der Mond ist also Teil der Lebenswelt der Kinder. Er ist häufig gut zu beobachten. Und doch haben die Kinder, wie auch fast alle Erwachsenen, noch nicht genauer auf ihn geachtet. Er bietet sich deshalb als ein Thema für den Sachunterricht an, bei dem wir Kinder anleiten können, ihre Umwelt bewusst wahrzunehmen, Fragen an sie zu stellen und zu versuchen, ihnen durch genaue Beobachtungen auf die Spur zu kommen. Dabei können Zusammenhänge, insbesondere mit dem Lauf der Sonne, zutage treten, die ohne genaue und längerfristige Beobachtungen verborgen bleiben. Vorbemerkungen In allen Geschichten über den Mond spielt er die Rolle, das Dunkel der Nacht zu vertreiben, den Menschen als Leuchte in der Nacht zu dienen. Man denke nur an das Märchen der Gebrüder Grimm 1 und die Oper 2, in der Carl Orff dieses Märchen vertont hat. Auch viele Gedichte unterstützen diese Vorstellung: Beispiele 3 4 : Willkommen, oh silberner Mond, schöner, stiller Gefährt der Nacht! (F. G. Klopstock) Sieh, dort kommt der sanfte Freund gegangen leise, um die Menschen nicht zu wecken; kleine Wölkchen küssen ihm die Wangen, und die schwarze Nacht muss sich verstecken. (C. von Brentano) Nacht liegt auf en fremden Wegen, krankes Herz und müde Glieder; ach, da fließt qwie stiller Segen, süßer Mond, dein Licht hernieder. (H. Heine) Der Mond ist aufgegangen, die gold nen Sternlein prangen (M. Claudius) Der Mond kommt still gegangen Mit seinem goldnen Schein, Da schläft in holdem Prangen Die müde Erde ein. (E. Geibel) Und ich liebe das Licht, das milchweiße Licht 1 siehe z. B. 2 siehe 3 Gedichte und Geschichten, in denen der Mond eine Rolle spielt, finden sich in vielen Kinderbüchern (z. B. Knödler et al. 2010) 4 Diese beispielhaften Gedichtzeilen können entfallen. Das wäre aber schade, da sie eine Anregung für Lehrpersonen (und Kinder!) darstellen sollen, selbst nach ähnlichen Versen zu suchen. 1

2 der Mutter der Nacht. (P. Maar) Nun schlafe schön und gute Nacht, das Mondschiff wird gleich losgemacht. (L. Loviscach) Fast nie wird in Geschichten und Gedichten erwähnt, dass der Mond auch tagsüber am Himmel zu sehen ist. Dementsprechend sind die meisten Menschen, Kinder wie Erwachsene, erstaunt, wenn sie auf den Mond am Taghimmel hingewiesen werden und ihn dadurch zum ersten Mal bewusst am Tage wahrnehmen. Abb. 1: Darstellungen der ausgehöhlten Mondsichel Viele Kinder halten den Sichelmond für ausgehöhlt, eine Vorstellung, die durch unzählige Bilder in Kinderbüchern und andere Darstellungen nahe gelegt wird (Abb. 1). Dabei kann man bei guten Wetterbedingungen mit bloßen Augen sehen, dass auch der Sichelmond ein ganzer Mond ist (Abb. 2) und die Sichel Richtung Sonne zeigt. Abb. 2: Trotz Sichelform ist der ganze Mond zu sehen. Schließlich glauben viele Erwachsene, dass die Sichelgestalt des Mondes durch den Schatten der Erde, der auf den Mond fällt, hervorgerufen wird. Wenn man jedoch nicht nur zum Mond sähe, sondern gleichzeitig auf die Sonne achtete, wäre leicht zu erkennen, dass das nicht die Ursache sein kann: Der Sichelmond steht immer nahe bei der Sonne. Alle Schatten im Sonnenlicht zeigen jedoch von der Sonne weg. Ziele 2

3 In der hier vorgeschlagenen Unterrichtseinheit geht es deshalb darum, die Kinder anzuregen und anzuleiten, den Mond und seine Veränderungen bewusst wahrzunehmen. Aus den dabei gewonnenen Erfahrungen sollen Fragen entstehen, denen die Kinder mit gezielten weiteren Beobachtungen nachgehen können. Die Vorgänge am Himmel werden zunächst während des Unterrichts gemeinsam beobachtet. Dabei können die Kinder unter Anleitung erste Schritte in den wissenschaftlichen Techniken machen, Vorgänge genau zu beobachten, zu beschreiben und zu protokollieren. Da sich die zu untersuchenden Vorgänge aber über mindestens einen Monat erstrecken, sich wegen schlechten Wetters manchmal deutlich länger hinziehen werden und manche Beobachtungen nur am Abend gemacht werden können, ist es wichtig, dass die Kinder ihre Beobachtungen nicht nur in der Schule, sondern auch abends und am Wochenende, besser noch jederzeit und überall, selbstständig durchführen. Wenn es gelingt, sie dazu anzuregen und anzuleiten, werden sie von sich aus bei jeder sich bietenden Gelegenheit auf den Mond achten, seine Lichtgestalt wahrnehmen und seine Stellung relativ zur Sonne registrieren. Meist werden die Phänomene, die man am Mond beobachten kann, voreilig aus der Sicht von außen beschrieben, d. h. aus der Sicht eines fiktiven Beobachters, der sich so weit oberhalb, d. h. nördlich, der Erde befindet, dass er den Umlauf des Mondes um die Erde beobachten und dabei gleichzeitig die Sonne im Blick haben kann. Oft wird mit dieser Beschreibung sogar die Aussage verbunden, die beobachteten Vorgänge seien nur scheinbar, die Außensicht beschreibe sie dagegen so, wie sie wirklich sind. Ein solches Vorgehen birgt die Gefahr, dass eigene Beobachtungen gar nicht erst angestellt werden. Die große Faszination, die von ihnen ausgehen kann, bleibt ungenutzt. Deshalb geht es hier in erster Linie um Vorschläge, Kinder auf den Mond aufmerksam zu machen, erste Erklärungen für die Beobachtungen anzubieten und aus den Erklärungen Anregungen für weitere Beobachtungen zu gewinnen. Abb. 3: rechts: Der fast volle zunehmende Mond steht in der ersten Nachthälfte im Süden hoch über dem Horizont. Links: Erde und Mond werden von der Sonne beschienen, die sich rechts weit außerhalb des Bildes befindet. Der rot markierte Beobachtungsort befindet sich auf der Nachtseite der Erde. Es ist nicht leicht zu erkennen, dass beide Bilder dieselbe Situation aus unterschiedlicher Perspektive darstellen. Außerdem zeigen unsere Erfahrungen, dass selbst Erwachsene große Schwierigkeiten haben, die Beziehungen zwischen dieser Außensicht und ihren aus der Innensicht eines Erdbewohners gemachten Erfahrungen herzustellen (Abb. 3). Wenn wir unter Wissen kompakt trotzdem den Umlauf des Mondes aus der Außensicht beschreiben, dann um den Lehrkräften Hintergrundinformationen zur Verfügung zu stellen, die ihnen selbst einen tieferen Einblick ermöglichen und sie auf Fragen von Kindern vorbereiten, die Beschreibungen dieser Art bereits aus Büchern oder Fernsehsendungen kennen. Mit Ausnahme des Modellexperimentes, mit dem die Entstehung der unterschiedlichen Lichtgestalten des Mondes ( Mondphasen ) durch seinen Umlauf um die Erde 3

4 veranschaulicht wird, schlagen wir vor, eng bei den zu beobachtenden Phänomenen zu bleiben und Erklärungen darauf zu beschränken, dass Zusammenhänge hergestellt werden, die bisher unbemerkt geblieben sind. Das gilt insbesondere für den Lauf des Mondes über den Himmel und für den Zusammenhang zwischen dem Aussehen des Mondes, seiner Stellung relativ zur Sonne und seiner Sichtbarkeit am Tage und in der Nacht. Typische Ergebnissätze könnten folgendermaßen lauten: Der Sichelmond ist immer nahe bei der Sonne. Der (fast) volle Mond steht der Sonne am Himmel gegenüber. Je weiter der Mond am Himmel von der Sonne entfernt ist, desto dicker sieht er aus. Die runde Seite der Lichtgestalt des Mondes zeigt immer in Richtung Sonne. Wenn man den Mond abends sieht, ist er immer zunehmend. Ein Mond am Morgenhimmel ist immer abnehmend 5. Der Mond geht wie die Sonne am Osthorizont auf, erreicht seine höchste Stellung im Süden und geht am westlichen Horizont unter. Je weiter nördlich ( links ) der Mond aufgeht, desto höher verläuft seine Bahn über den Himmel. Skizzierung des Unterrichtsganges Zu Beginn der Unterrichtsreihe werden die Kinder kurz vor Vollmond aufgefordert, abends bei Sonnenuntergang nach dem Mond zu suchen. Die Kinder werden beobachten, dass der (fast) volle Mond tief am (Ost-) Horizont steht, wenn die Sonne untergeht, und dass er in den folgenden Minuten deutlich sichtbar immer höher steigt. Sie werden so die kindliche Vorstellung bestätigt finden, dass der Mond das Licht der Nacht darstellt und deshalb am Himmel steht, wenn die Sonne untergegangen ist, genauer: dass der Mond aufgeht, wenn die Sonne untergeht. Wiederholen sie diese Beobachtung jedoch ein paar Tage später (ca. zwei Tage nach Vollmond), dann werden sie den Mond nicht finden. Sie werden ihn nur aufgehen sehen, wenn sie noch zwei Stunden länger auf den Himmel achten. Am nächsten Morgen werden sie ihn dann am Himmel entdecken: Er steht tief im Westen, der Sonne gegenüber, und sinkt immer tiefer zum Horizont, während die Sonne aufgeht und immer höher steigt. In den nächsten Tagen lässt sich die überraschende Beobachtung wiederholen: Der Mond steht gleichzeitig mit der Sonne am Himmel, und er geht unter, während die Sonne an Höhe gewinnt. Und in den kommenden Tagen steht er bei Sonnenaufgang immer höher am Himmel und wird immer schmaler; er nimmt ab. Vielleicht aber ist es im ersten Durchgang für die systematische Beobachtung dieses Aspektes zu früh, und es genügen die Erfahrungen, dass man den abends vermissten Mond am Morgenhimmel finden kann, der Mond wie die Sonne über den Himmel wandert und untergehen kann und 5 Bei der im folgenden Bild dargestellten bekannten Merkregel zur Unterscheidung zwischen zunehmendem und abnehmendem Mond handelt es sich lediglich um eine Eselsbrücke. Eine astronomische Merkregel könnte vielleicht lauten: Der Mond in der zunehmenden Dunkelheit nimmt zu. Ist er in der abnehmenden Dunkelheit zu sehen, ist es ein abnehmender Mond. Wir wären für bessere Vorschläge dankbar. 4

5 Sonne und Mond diese Wanderung gemeinsam unternehmen: Wenn die Kinder mit ihren beiden Armen zur Sonne und zum Mond zeigen, dann bleibt der Winkel zwischen den beiden Armen gleich groß, bis der Mond untergeht (Abb ). Abb. 4: Wenn die Kinder mit den Armen auf Sonne und Mond zeigen, können sie bemerken, dass beide gemeinsam über den Himmel wandern. Am Ende dieser Beobachtungsperiode wird der Mond in der Nähe der Sonne unsichtbar und ist dann am Morgenhimmel nicht mehr zu finden. Die Vermutung Vielleicht ist er nun dafür abends zu sehen. bestätigt sich allerdings erst ein paar Tage später, wenn der Mond nach Neumond wieder einen ausreichenden Abstand von der Sonne hat. Bei den ersten Mondbeobachtungen am Morgen wird bereits offenbar, dass sich die Position des Mondes von Tag zu Tag ändert, wenn immer zur selben Zeit zum Himmel gesehen wird. Den Fragen Woher kommt der Mond? Wohin wandert er? können die Kinder bei nächster Gelegenheit, z. B. einen Monat später, durch systematische Beobachtungen nachgehen, indem sie, immer um dieselbe Uhrzeit und immer vom selben Beobachtungsplatz aus, genau auf die Position des Mondes achten und sie in eine Horizontskizze eintragen (s. Arbeitsblatt). Dabei wird auch die sich ändernde Lichtgestalt des Mondes registriert und in der Horizontskizze bzw. in gesonderten Bildern festgehalten (Abb. 5). Die Kinderzeichnungen in Abbildung 6, die während eines Unterrichtsversuches angefertigt wurden (Wißing 2004), zeigen, dass man für diese Beobachtungen Glück mit dem Wetter haben muss. Sie beweisen aber auch, dass die Kinder auch unter schwierigen Bedingungen zu genauen Beobachtungen in der Lage sind. 6 Das Eindenken in diese Darstellung ist nicht einfach: Die Horizontebene ist grün dargestellt, der Himmel, den sich der Beobachter als Haube in Form einer Halbkugel über sich vorstellen kann, ist blau gefärbt. Die Koordinatenlinien mit einem Abstand von 30 sollen das Eindenken in die Kugelform erleichtern, die bei der Projektion auf ein Blatt Papier (bzw. einen Computermonitor) stark verzerrt wird. Die Vorstellung wird erleichtert, wenn man sich die Simulation mit dem Programm MondbewegungundPhasen life ansieht (s. Literaturverzeichnis). 7 Hier könnte der Verlag vielleicht ein schöneres Männchen beisteuern. Das Bild gibt es dazu auch menschenleer. 5

6 Abb. 5: Die Stellung des abnehmenden Mondes kurz vor Sonnenaufgang, im Abstand von jeweils einem Tag immer um dieselbe Uhrzeit beobachtet. Abb. 6: Kinderzeichnungen vom zunehmenden Mond (Wißing 2004). Die systematischen Beobachtungen können dadurch beschrieben werden, dass sich die Stellung des Mondes relativ zur Sonne verändert. Auf diese Stellung müssen die Kinder jedoch aufmerksam gemacht werden (Wagenschein 1988). Dann zeigt sich: Der abnehmende Mond rückt immer näher an die Sonne. Und während dieser Annäherung ändert sich die Phasengestalt ( Lichtgestalt ) des Mondes; er wird immer schmaler. Entsprechende 6

7 Erfahrungen können die Kinder bei Beobachtungen machen, die sie in den zwei Wochen nach Neumond selbstständig am Abend durchführen. Das sind die entscheidenden Beobachtungen. Für die sichtbare Lichtgestalt des Mondes kommt es auf seine Stellung relativ zur Sonne an: Je weiter der Mond von der Sonne fortrückt, desto voller wird er, je mehr er sich der Sonne nähert, desto schmaler wird er. Diese Beobachtung ließ den Griechen Aristarch 8 bereits lange vor Christi Geburt auf die Idee kommen, dass hier eine dunkle Kugel im Lichte einer Sonne hängt, die schräg hinter ihr, weit hinter ihr, schweben muss (Wagenschein 1988). Dieser Gedanke liegt auch heute noch nahe, wenn man die Aufmerksamkeit nicht nur auf den Mond richtet, sondern gleichzeitig auf die Sonne achtet selbst dann, wenn sie bereits untergegangen ist. Dies könnte der richtige Augenblick sein, die Situation in Modellexperimenten nachzuspielen: Wird ein Ball, während Mond und Sonne am Himmel zu sehen sind, so in das Licht der Sonne gehalten, dass Ball und Mond dicht nebeneinander gesehen werden können, dann zeigen Mond und Ball dieselbe Lichtgestalt (s. Tabelle mit Experimenten). Der Zusammenhang zwischen dem Phasenwechsel des Mondes und seinem Umlauf um die Erde kann folgendermaßen veranschaulicht werden (Abb. 7): In einem abgedunkelten Raum wird eine Styroporkugel im Licht einer hellen Lampe um ein Kind bzw. eine Gruppe von Kindern herum getragen. Die Erdbewohner sehen dabei, je nach Position der Kugel relativ zur Lampe, unterschiedlich viel von ihrer beleuchteten Hälfte. Abb. 7: Styroporkugel als Mondmodell (Wißing 2004, Wodzinski 2010) Die Grundidee von der Entstehung der verschiedenen Lichtgestalten des Mondes kann weiter dadurch gefestigt werden, dass die Kinder angeregt werden, Mondphasen auch in ihrer unmittelbaren Umgebung entdecken (Abb. 8, siehe auch das entsprechende Arbeitsblatt). 8 Aristarch von Samos lebte im 3. Jahrhundert v. Chr.. Er erkannte, dass bei Halbmond das Dreieck Sonne- Beobachter-Mond beim Mond einen rechten Winkel hat. Mit dieser Idee erkannte er, dass die Sonne viel weiter als der Mond entfernt und dass sie viel größer als die Erde sein muss. Er folgerte daraus, dass sichnicht die Sonne um die Erde, sondern die Erde um die Sonne bewegen muss. Mit dieser Idee war er jedoch seiner Zeit um fast 2000 Jahre voraus. 7

8 Abb. 8: Sichelkind 9 Bei den genauen Betrachtungen des Mondes wird den Kindern sicher auffallen, dass seine (beleuchtete) Oberfläche nicht gleichmäßig hell aussieht, sondern helle Flächen und dunkle Flecken aufweist. Diese Flecken bleiben immer an derselben Stelle der Mondoberfläche, auch wenn mit dem Phasenwechsel die Schattengrenze (die Tag-Nacht-Grenze auf dem Mond) darüber hinweg wandert (s. Abb. 11). Diese immer gleichen Flecken haben die Fantasie aller Völker der Erde zu allen Zeiten angeregt, Gesichter und Figuren im Mond zu sehen und sich Geschichten dazu zu erzählen (siehe z. B. Blunck 2003). Bei uns sind die Geschichten vom Mann im Mond am bekanntesten, z. B. die Geschichte des Mannes, der am Sonntag Holz aus dem Wald holt und dafür von Gott auf den Mond verbannt wird (Abb. 9). Abb. 9: Die Flecken auf der Mondoberfläche und der Mann im Mond Im Modellexperiment kann deutlich gemacht werden, dass diese Beobachtung zeigt, dass der Mond sich während eines Umlaufs um die Erde einmal um seine eigene Achse dreht. Schlussbemerkungen Die hier beschriebenen und vorgeschlagenen Beobachtungen und Untersuchungen lassen sich kaum in einer einzigen Unterrichtsreihe durchführen. Selbst bei perfekten Wetterbedingungen werden für alle angesprochenen Aspekte mindestens vier Wochen ein Monat! benötigt. 9 Ich versichere, dass meine Enkelin nicht extra für dieses Bild positioniert wurde. Sie wurde, auch wenn ihr Gesichtsausdruck etwas Anderes vermuten lässt, nicht einmal aufgefordert, still zu sitzen. 8

9 Und Aussagen der Form Immer wenn der Mond sind eigentlich erst berechtigt, wenn die Vorgänge mehrmals beobachtet worden sind. So viel Zeit wird in der Regel nicht an einem Stück zur Verfügung stehen. Es ist auch schwierig, die Aufmerksamkeit der Kinder so lange auf ein Thema zu konzentrieren, und sie können damit auch kaum so lange voll beschäftigt werden. Für das wesentliche Ziel der hier beschriebenen Gedankengänge, die Kinder zu ständiger und selbstständiger Aufmerksamkeit anzuregen, sind ohnehin kürzere Unterrichtsabschnitte besser geeignet. Die hier beschriebene Einheit kann leicht in mehrere Abschnitte unterteilt werden, z. B.: Die Wanderung des Mondes über den Himmel Wo ist der Mond, wenn er nachts nicht scheint? Der Wettlauf zwischen Sonne und Mond Runder Mond und Sichelmond Dreht sich der Mond? Künstlerische und ästhetische Aspekte, die sich beim Mond besonders anbieten, sollten in allen Stadien der Überlegungen in Form von Kinderzeichnungen, Bildern, Gemälden, Fotos, Geschichten, Gedichten und Liedern mit angesprochen werden. Es empfiehlt sich, den Mond erst zum Thema des Unterrichts zu machen, wenn die Sonne und ihr Lauf und auch Licht und Schatten mit den Kindern schon behandelt wurden. Auf dieser Grundlage kann der Lauf des Mondes über den Himmel leichter verfolgt werden. Ähnlichkeiten und Unterschiede können erst dann gefunden werden, und es liegt näher, auf beide Himmelskörper gleichzeitig zu achten. Genau wie bei den Sonnenbeobachtungen ist es wichtig, die Kinder zu einer kontinuierlichen Dokumentation anzuleiten, um ihnen Entdeckungen überhaupt erst zu ermöglichen, für die der Himmel immer über Stunden, meistens sogar über Tage beobachtet werden muss. Literatur U. Backhaus, K. Lindner: Astronomie plus, Cornelsen: Berlin 2005 M. Hartmann: Astronomie ein Kinderspiel. Sonne, Erde Mond. Beltz Verlag: Weinheim 2006 U. Backhaus, Astronomische Materialien (http://www.didaktik.physik.uni-duisburgessen.de/~backhaus/astromaterialien/ ) U. Backhaus, Mondbewegung und phasen. Simulationsprogramm zum Verständnis der Mondphasen und zur Übung des Wechsels zwischen Innensicht und Außensicht J. Blunck (Hrsg.): Wie die Teufel den Mond schwärzten. Der Mond in Sagen und Mythen, Spektrum-Verlag: Heidelberg 2003 N. Gessner, DVD Raumschiff Erde, Informationen im Internet (z. B. C. Knödler, L. Wolfsgruber, Sonnenschein und Sternenschimmer. Himmlische Geschichten, Lieder und Gedichte, Gerstenberg: Hildesheim 2010 E.-V. Schmidt, B. Heumann-Kranz: Themenheft Sterne und Planeten, Buch Verlag Kempen: Kempen 2004 M. Wagenschein: Die Erfahrung des Erdballs, in: Naturphänomene sehen und verstehen Genetische Lehrgänge, Klett: Stuttgart 1988 (http://martin-wagenschein.de/archiv/w- 010.pdf) 9

10 J. Wißing, Der Mond im Sachunterricht, Schriftliche Hausarbeit, Universität Duisburg-Essen 2004 (http://www.didaktik.physik.uniessen.de/forschung/examen/der_mond_im_sachunterricht.pdf) R. Wodzinski: Sonne Erde Mond. Eine Unterrichtseinheit für den naturwissenschaftlichen Anfangsunterricht. In: R. Duit, S. Mikelskis-Seifert (Hrsg.), Physik im Kontext, Freidrich Verlag: Seelze 2010 Wissen kompakt Der Lauf des Mondes über den Himmel Der Mond wandert ähnlich wie die Sonne über den Himmel. Er geht am Osthimmel auf, erreicht seine höchste Position im Süden und geht in westlicher Richtung unter. Diese gemeinsame Bewegung von Sonne und Mond ist bei Halbmond besonders gut zu bemerken (s. Abb. 4). Dann kann man Sonne und Mond mehrere Stunden lang gemeinsam am Himmel sehen, und der Halbmond ist hell genug, um auch am Taghimmel leicht gefunden zu werden. Allerdings dauert ein Mondtag, von einem Aufgang des Mondes bis zum nächsten oder von einem Höchststand des Mondes im Süden bis zum nächsten, nicht wie bei der Sonne 24 Stunden sondern etwa 50 Minuten länger. Dadurch kommen bemerkenswerte Unterschiede zwischen Sonnen- und Mondlauf zustande: Nur der Vollmond geht auf, wenn die Sonne untergeht, und unter, wenn die Sonne aufgeht. Nur der Vollmond ist deshalb die ganze Nacht zu sehen und am Tag unsichtbar. Nach Vollmond geht der Mond immer später in der Nacht auf,. Dafür aber ist er auch noch nach Sonnenaufgang einige Zeit am Himmel zu sehen. In den darauf folgenden Tagen rückt der Mond immer näher an die Sonne heran. Dabei wird er immer schmaler, bis er schließlich so schmal wird und so nahe bei der Sonne steht, dass man ihn gar nicht mehr entdeckt. Wenige Tage darauf ist Neumond: Der Mond wandert gemeinsam mit der Sonne über den Himmel und bleibt dabei unsichtbar. Etwa zwei Tage nach Neumond geht der Mond, als schmale Sichel, genügend lange nach Sonnenuntergang unter, dass man ihn am Abendhimmel entdecken kann. In den folgenden fast zwei Wochen bis Vollmond rückt der Mond immer weiter von der Sonne fort, wird dabei immer dicker und ist immer länger in der Nacht zu sehen. 10

11 Abb. 10: Die Stellung des zunehmenden Mondes, im Abstand von jeweils einem Tag immer bei Sonnenuntergang beobachtet Eine Periode dieser Mondbewegung, also zum Beispiel von Vollmond zu Vollmond, dauert einen Monat, genauer: 29,5 Tage. Im Gegensatz zur Sonne läuft der Vollmond im Winter am höchsten über den Himmel und ist dann am längsten zu sehen. Im Sommer läuft er dagegen nur flach über den Himmel und ist dann nur ziemlich kurz sichtbar. 10 Die Phasengestalten des Mondes Gleichzeitig mit der Zeitverschiebung zwischen Sonnen- und Mondlauf ändert sich das Aussehen des Mondes, seine Phasengestalt oder Lichtgestalt. Zwischen Neumond und Vollmond wird der Mond immer dicker; man sagt: Der Mond nimmt zu. Er ist während dieser Zeit nachmittags und im ersten Teil der Nacht zu sehen. Der abnehmende Mond, zwischen Vollmond und Neumond, ist im zweiten Teil der Nacht und vormittags zu sehen. In beiden Fällen gilt: Je weiter der Mond von der Sonne entfernt ist, d. h. je größer der Winkel zwischen beiden Armen ist, wenn sie auf Sonne und Mond zeigen, desto voller sieht der Mond aus. Dies kann man folgendermaßen erklären: Der Mond ist eine dunkle Kugel, die von der Sonne beleuchtet wird. Je weiter von hinten die Sonne den Mond bescheint (d. h. je größer der Winkel Sonne-Mond-Beobachter ist, desto weniger sehen wir von der beleuchteten Seite des Mondes, desto schmaler sieht er für uns aus. Auf der Oberfläche des Mondes erkennt man auch mit bloßen Augen hellere und dunklere Gebiete. Früher wurden die dunklen Gebiete für Meere auf dem Mond gehalten (so genannte mare, Mehrzahl maria). Heute weiß man, dass es sich bei den dunklen Flächen um Tiefebenen handelt, die bei Vulkanausbrüchen auf dem Mond mit dunkler Lava überflutet wurden. Die hellen Gebiete dagegen sind Gebirge handelt, die mit Kratern übersät sind. Während eines Monats befinden sich die dunkeln Flecken immer an derselben Stelle. Der Mond zeigt uns also immer dieselbe Seite. 10 Für den zunehmenden Halbmond gelten diese Aussagen im Frühling, für den abnehmenden Halbmond im Herbst. 11

12 Abb. 11: Der Mond zeigt uns, unabhängig von seiner Lichtgestalt, immer dieselbe Seite. Der Umlauf des Mondes um die Erde Die bisherigen Aussagen beschreiben die Vorgänge aus der Innensicht, d. h. so, wie wir sie als Bewohner der Erde am Himmel beobachten können. Wenn man von außen auf Sonne, Erde und Mond blicken könnte, dann sähe man, dass der Mond die Erde einmal im Monat umrundet und sich die Erde währenddessen etwa 30-mal um ihre Achse dreht. Dabei werden Erde und Mond auf einer Seite von der Sonne beleuchtet. Diese Außensicht hat sich noch keinem Menschen dargeboten; nicht einmal eine Raumsonde konnte bis heute Sonne, Erde und Mond aus dieser Perspektive fotografieren. Wie die Vorgänge von dort aus betrachtet aussehen würden, mussten die Menschen aus dem erschließen, was sie als Erdbewohner sehen können. Abb. 12: Die übliche Erklärung der Mondbewegung der Entstehung der Mondphasen Eine Hälfte des Mondes wird, ganz so wie bei der Erde, von der Sonne beleuchtet. Ein Erdbewohner gelangt durch die Drehung der Erde je einmal am Tag auf die beleuchtete und auf die unbeleuchtete Seite der Erde. Für ihn entstehen dadurch Tag und Nacht. Der Mond umläuft die Erde einmal im Monat 11. Dabei ist der Umlaufsinn derselbe wie der der Drehung der Erde um ihre Achse (beim Blick auf die Nordhalbkugel der Erde: entgegen dem Uhrzeigersinn). 11 In diesen und den folgenden Sätzen vernachlässigen wir, dass gleichzeitig die Erde die Sonne umläuft. Erst dadurch aber würde z. B. verständlich, dass der Vollmond im Winter hoch, im Sommer aber tief über den 12

13 Während einer Erddrehung hat sich der Mond ein Stück auf seiner Umlaufbahn weiter bewegt. Dadurch dauert es für den Erdbewohner länger als 24 Stunden, bis er den Mond wieder (z. B.) im Süden sieht. Weil wir von der Erde aus immer dieselbe Seite des Mondes sehen, muss sich der Mond während eines Umlaufs einmal um seine Achse drehen. Während eines Umlaufs wird der Mond, obwohl immer von derselben Seite beleuchtet, von der Erde aus betrachtet einmal von hinten beleuchtet (Er ist unsichtbar: Neumond.), zweimal genau von der Seite. Dadurch sehen wir den Mond zur Hälfte beleuchtet: Es ist (zu- oder abnehmender) Halbmond, und die beleuchtete Hälfte zeigt Richtung Sonne. Einmal im Monat blicken wir genau auf die beleuchtete Seite des Mondes: Es ist Vollmond. Wenn es gelingt, sich in Gedanken auf die sich drehende Erde zu versetzen, kann man sich vielleicht auch vorstellen: Wenn der Mond seit Neumond gerade drei Viertel seiner Umlaufbahn hinter sich gebracht hat (letztes Viertel oder abnehmender Halbmond), dann sieht ihn ein Erdbewohner, für den gerade die Sonne aufgeht, gerade im Süden. Der Mond wird also für ihn während des ganzen Vormittags sichtbar bleiben. Entsprechend kann man sich die Sichtbarkeitszeiten des Mondes überlegen, wenn gerade zunehmender Halbmond oder Vollmond ist. Es ist, auch für Erwachsene, nicht einfach, die Zusammenhänge zwischen der Innensicht und der Außensicht zu verstehen und aus einer auf der Erde gemachten Beobachtung auf die zugehörige Außensicht zu schließen oder umgekehrt. Für Grundschulkinder ist dieser Perspektivwechsel fast unmöglich. Beobachtungen und Experimente Versuch Auf- und Untergang des Vollmondes Der Mond am Was können Kinder tun bzw. beobachten? Am Tag des Vollmondes oder ein bis zwei Tage vorher werden die Kinder angeregt, den Sonnenuntergang zu beobachten und dabei auch nach dem Mond zu suchen. Dabei werden sie bemerken: Der Vollmond geht kurz vor oder genau bei Sonnenuntergang auf. Zwei Tage später jedoch erscheint er nicht bei Sonnenuntergang (sondern deutlich später). Ungefähr zwei Tage nach Vollmond, wenn die Kinder den Mond abends vermissen, Wie lässt sich das erklären? Der Vollmond geht genau bei Sonnenuntergang auf. Allerdings ist das Aussehen des zunehmenden Mondes bereits zwei Tage vor, das des abnehmenden Mondes noch zwei Tage nach Vollmond praktisch nicht von dem des Vollmondes zu unterscheiden. Die Anregung, auf den Mondaufgang zu achten, sollte deshalb bereits ca. zwei Tage vor Vollmond gegeben werden. Dann ist der Vollmond bei Sonnenuntergang bereits deutlich am Osthorizont zu sehen. Solange die Bewegung des Mondes relativ zur Sonne Himmel zieht und dass ein Umlauf des Mondes um die Erde nur etwa 27,5 Tage dauert, zwischen zwei Vollmonden aber 29,5 Tage vergehen. 13

14 Taghimmel Gemeinsame Wanderung von Sonne und Mond über den Himmel Position des abnehmenden Mondes am Morgenhimmel Die Auf- und Untergangspunkte des abnehmenden Mondes beobachten die Kinder gemeinsam in der ersten Schulstunde den Himmel. Bei einem geeigneten Beobachtungsplatz werden sie entdecken: Nun lässt sich der Mond morgens am Himmel finden. Er steht bei Sonnenaufgang tief im Westen und geht bald nach Sonnenaufgang unter. Bereits bei der ersten gemeinsamen Beobachtung des noch fast vollen Mondes können die Kinder bemerken, dass der Mond immer tiefer sinkt und schließlich untergeht, während die Sonne am Himmel emporsteigt. Deutlicher (weil länger) können die Kinder die gemeinsame Wanderung von Sonne und Mond in den Tagen um den (abnehmenden) Halbmond beobachten. Während einer Schönwetterperiode beobachten die Kinder den Mond zu Beginn der Unterrichtszeit, möglichst immer um dieselbe Uhrzeit. Wenn immer von derselben Stelle aus beobachtet wird, wird dabei die Änderung seiner Position am Himmel bereits durch Vergleich mit der eigenen Erinnerung bemerkbar. Noch deutlicher wird sie, wenn die Positionen während der zwei Wochen nach Vollmond in ein Horizontbild eingetragen werden. Die runde Seite des beleuchteten Mondes zeigt Richtung Sonne. Wenn die Kinder den Mond von seinem Aufgang an (bzw. bis zu seinem Untergang) verfolgen, werden sie bemerken, dass er an immer unterschiedlichen Stellen am Horizont auf- bzw. untergeht 12. Wenn sie an der Sonne bereits entsprechende Beobachtungen gemacht haben, können sie ihre Erfahrungen auf den Mond übertragen: Wenn der Aufgangspunkt weit nördlich liegt, läuft der Mond sehr hoch über den Himmel, Beim Mond dauert der Wechsel aber nicht wie bei der Sonne ein ganzes Jahr, sondern nur einen Monat. noch nicht beobachtet worden ist, sollte diese Beobachtung als neue, überraschende Erfahrung registriert werden: Der Mond scheint auch am Tag. Zwar rückt der (abnehmende) Mond im Laufe eines Vormittages etwas näher zur Sonne. Das ist aber nur bei sehr genauer Beobachtung zu bemerken. Die Kinder bemerken stattdessen, dass der Winkel zwischen Sonne und Mond, den sie mit ihren Armen aufspannen (s. Abb. XX), gleich groß bleibt. Der Mond am Morgenhimmel nimmt ab: Er wird immer schmaler und rückt dabei von Tag zu Tag näher an die Sonne heran. Mit dieser Änderung der Position von Westen Richtung Osten beobachtet man den Umlauf des Mondes um die Erde. Das wird mit dem unten beschriebenen Modellexperiment deutlich. Diese Außensicht spielt aber in dem hier beschriebenen Unterrichtsgang nur eine untergeordnete Rolle. Der Mond nimmt im Laufe eines Monats alle Positionen am Sternenhimmel ein, die die Sonne während eines Jahres durchläuft. Zum Beispiel steht der zunehmende Halbmond dort, wo die Sonne in einem Vierteljahr, der Vollmond dort, wie die Sonne in einem halben Jahr am Himmel steht. Deshalb läuft z. B. der zunehmende Halbmond zu Frühlingsbeginn besonders hoch über den Himmel, 12 Die systematische Beobachtung der Auf- oder Untergangspunkte wird allerdings dadurch erschwert, dass der Mond, je nach Phase, zu ganz unterschiedlichen Tages- und Nachtzeiten auf- bzw. untergeht. 14

15 während seine Bahn über dem Horizont zu Herbstbeginn sehr flach verläuft. Der Sichelmond als von der Sonne beleuchtete Kugel Abb. 13: Der Monduntergangspunkt in der Zeit zwischen 3. und 12. Juli Wenn der Mond eine schmale Sichelgestalt hat, können die Kinder bereits mit bloßen Augen, noch deutlicher aber mit einem Fernglas, deutlich erkennen, dass der Mond immer noch ganz ist, dass aber nur ein Teil beleuchtet wird 13 Insbesondere beim Sichelmond können die Kinder dann erkennen: Der Mond wird von schräg hinten beleuchtet; die Sonne ist weiter von uns entfernt als der Mond! Eine Aussage, die vielen Kindern bekannt ist, die sie hier aber selbst erfahren können. Diese Erkenntnis kann durch ein Modellexperiment unterstützt werden. Das Entstehen der Sichelform kann mit einer beleuchteten Styroporkugel modellhaft erklärt werden (s. u.). Besonders eindrucksvoll ist diese Erklärung, wenn sie mit der Kugel im Sonnenlicht durchgeführt wird, während gleichzeitig der Mond am Himmel steht 14. Beleuchtete Kugeln in der Umwelt Die Kinder suchen in ihrer Umwelt nach Kugeln, die einseitig (von der Sonne) beleuchtet werden. Sie zeichnen oder fotografieren sie aus unterschiedlichen Abb. 14 und 15 Hier verfestigt sich die Erkenntnis, dass der Mond eine von der Sonne beleuchtete Kugel ist. Die Kinder erkennen, dass die 13 Dass der unbeleuchtete Teil der Mondkugel überhaupt zu sehen ist, liegt an der Erde: Wenn wir eine schmale Mondsichel sehen, sehen Mondbewohner die Erde fast als Vollerde, die die Nacht auf dem Mond hell beleuchtet. 14 Entsprechende Bilder für den Sichelmond haben wir noch nicht aufgenommen, sind uns aber auch nicht bekannt. 15

16 Der zunehmende Mond am Abendhimmel Perspektiven. Wenn die Kinder abends nach Sonnenuntergang immer um etwa dieselbe Uhrzeit und immer vom selben Standort aus auf den Mond achten, bemerken sie, dass sich der Mond immer mehr von der untergegangenen Sonne entfernt und dabei immer dicker wird. Dabei ist wie bei den Mondbeobachtungen am Morgen immer die Seite des Mondes rund, die Richtung Sonne zeigt. sichtbare Lichtgestalt davon abhängt, aus welcher Richtung sie auf die Kugel sehen. Der Mond wird von der Sonne immer mehr von vorn beschienen. Diese Beobachtungsreihe ist die nahe liegende Fortsetzung der Beobachtungen am Morgenhimmel. Nach Neumond ist der Mond am Morgenhimmel nicht zu sehen, weil er nach der Sonne aufgeht und, zumindest in den ersten Tagen nach Neumond, erst zu finden ist, wenn die Sonne untergegangen ist. Fotografieren des Mondes Abb. 16: Die Beobachtungsergebnisse werden an der Tafel zusammengefasst (Wißing 2004). Diese Beobachtungen können die Kinder in der Regel nicht gemeinsam machen. Nach den gemeinsamen Beobachtungen am Morgenhimmel lassen sie sich aber anregen, dem kurz vor Neumond verschwundenen Mond am Abend selbstständig nachzuspüren. Die Kinder fotografieren den Mond mit einfachen Digitalkameras. Dabei können stimmungsvolle Bilder entstehen, wenn mit kurzer Brennweite fotografiert wird, solange die Sonne noch nicht über dem Horizont ist. Allerdings ist dabei das Abbild des Mondes enttäuschend klein. Die Phasengestalt und (evtl.) der unbeleuchtete Teil des Mondes werden umso deutlicher, je stärker gezoomt wird. Da es zur Zeit der Aufnahmen recht dunkel ist, werden die Bilder ziemlich lange belichtet. Sie werden verwackelt sein, wenn nicht Vorsorge dagegen getroffen wird: Die Kamera unbedingt fest auf eine Unterlage stützen. Wenn möglich, Zeitauslöser benutzen, damit die Kamera nicht beim Auslösen verwackelt wird. 16

17 Styroporkugel als Modellmond Die Drehung des Mondes Abb. 17 und 18 Eine große Styroporkugel wird in einem abgedunkelten Raum im Licht einer hellen Lampe (z. B. Tageslichtprojektor oder Beamer) um eine Gruppe von Kindern herumgeführt, die nahe beieinander stehen. Abb. 19: Der Vollmond im Modellexperiment (Wißing 2004) Wenn die Kinder den Mond in unterschiedlichsten Stellungen immer wieder beobachten, erkennen sie, dass seine Flecken immer an derselben Stelle sitzen; er zeigt uns immer dieselbe Seite. Es ist wichtig, dass die Kinder nahe zusammen stehen, damit sie alle ungefähr dieselbe Lichtgestalt beobachten. Die außen sitzenden Kinder können erkennen, dass der Mond immer halb beleuchtet wird. Dazu wäre es allerdings besser, wenn sie ihn von der Seite aus betrachten würden. In der dargestellten Anordnung können die Kinder auf der Erde zusätzlich erkennen, dass der Vollmond (rechts von ihnen) untergeht, während die Sonne (links von ihnen) gerade aufgeht. Ein Fehlschluss liegt nahe: Der Mond dreht sich nicht. Das Modellexperiment kann deutlich machen, dass das falsch ist: Damit er den Kindern in der Mitte immer dieselbe Seite zeigt, muss er 17

18 während eines Rundganges einmal gedreht werden. Die außerirdischen Beobachter werden es bestätigen. Für diesen Versuch bietet es sich an, die Kugel mit Flecken zu bemalen. Vorschläge für Arbeitsblätter/Forschertagebuch Die Lichtgestalt des Mondes und seine Stellung am Himmel nach Sonnenuntergang (oder vor Sonnenaufgang) Mondbeobachtung Vollmondgesichter Daumenkino Mondphasen auf Erden Der Mondlauf in den kommenden Monaten Meine schönsten Mondbilder (Mondrätsel) (Himmelsrätsel) (Sonnen- und Mond-Domino) 18

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