Didaktische FWU-DVD. Das Universum Die Sonne

Transkript

1 Didaktische FWU-DVD Das Universum Die Sonne

2 Zur Bedienung Mit den Pfeiltasten der Fernbedienung (DVD-Player) oder der Maus (Computer) können Sie Menüpunkte und Buttons ansteuern und mit der OK-Taste bzw. Mausklick starten. Hauptmenü führt zurück zum Hauptmenü. Um das Arbeitsmaterial zu sichten / auszudrucken, legen Sie die DVD in das Laufwerk Ihres Computers ein und öffnen den Ordner material. Die Datei Inhaltsverzeichnis öffnet die Startseite. Bezug zu Lehrplänen und Bildungsstandards Die Schülerinnen und Schüler lernen die Größenordnungen von Angaben zum Beschreiben der Sonne (Entfernung, Durchmesser, Masse, Temperatur) kennen; können die von außen sichtbaren Schichten der Sonne beschreiben und kennen typische Größen wie Temperatur und Ausdehnung; kennen den inneren Aufbau der Sonne und die wichtigsten Eigenschaften der einzelnen Schichten; erkennen die wichtigsten Phänomene der Sonnenaktivität an deren Aussehen; erfahren, dass die Größenordnungen bei der Beschreibung von Himmelskörpern sich drastisch von denen in der Erfahrungswelt der Schülerinnen und Schüler unterscheiden; erkennen die Rolle der Sonne als ein Stern unter vielen in einer Galaxie; erkennen die enorme Energieausbeute bei der Kernfusion; erkennen, wie das Wechselspiel aus Strahlungstransport nach außen und der anziehenden Schwerkraft die Struktur der Sonne formt und wie sich dieses Gleichgewicht ändern kann; erkennen, dass auch der Energievorrat der Sonne nicht unerschöpflich ist; kennen die Kernfusion als Energiequelle der Sonne; können die Phänomene der aktiven Sonne erkennen und beschreiben; können die Auswirkungen der Sonnenaktivität auf die Erde beschreiben. 2

3 Zum Inhalt Die Sonne (Film 22 min) Das uns vertraute Bild der Sonne als kleiner, sehr grell leuchtender Kreis am Himmel dient als erster Einstieg. Rasch werden die Fakten über die Sonne eingeführt und sie wird in die Vielzahl von Sternen eingeordnet. Die Frage nach der Quelle der Sonnenenergie führt zu der Betrachtung der Wasserstofffusion, den dafür erforderlichen Bedingungen und der Rate, mit der die Energie im Sonneninneren frei wird. Im Anschluss wird gezeigt, wie die im Kern frei werdende Energie auf ihrem Weg zur Oberfläche die verschiedenen Schichten im Sonneninneren gestaltet, bevor sie durch die für uns sichtbaren Schichten entweicht. Diese sichtbaren Schichten, die im weiteren Sinne der Sonnenatmosphäre zugeordnet sind, werden nun genauer betrachtet, ihre Ausdehnung und die grundlegenden Parameter wie beispielsweise die Temperatur werden vermittelt. An diese allgemeine Beschreibung schließt sich eine Betrachtung der Phänomene der Sonnenaktivität an. Die aufgrund von mehreren Plasmaströmen in verschiedene Richtungen ständig wechselnden 3

4 magnetischen Felder und deren Auswirkungen auf die Plasmaströme werden als Ursache herausgestellt. Die meisten Erscheinungen werden anhand von umfangreichem NASA-Filmmaterial vorgestellt. Welche der Aktivitätsphänomene Auswirkungen haben, die auch auf der Erde empfindlich spürbar sein können, wird nun erarbeitet. Die möglichen Wirkungen und entsprechende Diagnoseverfahren sowie Schutzmechanismen werden vorgestellt. Dabei wird auch darauf eingegangen, dass mögliche Schäden in unserer hoch technisierten Welt deutlich empfindlicher zu spüren sein können, als das in der vorindustriellen Zeit der Fall war. Der Film schließt mit einigen Informationen zu ultravioletter Strahlung und der Rolle des Ozons in der Erdatmosphäre. Hier wird noch einmal herausgestellt, dass nicht nur die Phänomene der Sonnenaktivität eine Gefahr darstellen können, sondern dass auch das alltägliche Sonnenlicht nicht völlig ungefährlich ist. Menü Die Sonne (Sequenzen) Unsere Sonne (Filmsequenz 2:50 min) Die Sonne als Lichtquelle und als Garant für flüssiges Wasser und Leben auf der Erde ist wohlbekannt. Die wahre Natur dieser am Himmel recht kleinen, wenn auch sehr hell erscheinenden Lichtquelle wird im Folgenden vorgestellt. Man erkennt die Sonne als Stern, erfährt ihre Entfernung zur Erde und ihre Abmessung sowie ihre Masse. In diesem ersten Schritt wird die Sonne als Zentralgestirn unseres 4

5 Sonnensystems eingeführt und ihre Abmessungen mit denen der Erde verglichen. In einem nächsten Schritt werden die Eigenschaften der Sonne mit denen von anderen Sternen verglichen, ihre Position in der Galaxis wird vorgestellt. Die Energiequelle der Sonne (Filmsequenz 5:20 min) Diese Sequenz stellt die Kernfusion vor. Anhand der in der Sonne ablaufenden Proton-Proton-Kette wird gezeigt, wie diese Kernumwandlung in der Sonne stattfindet, welche Bedeutung der Massendefekt hat, und wieso die Fusion überhaupt stattfinden kann, obwohl die Temperatur im Sonneninneren dafür eigentlich nicht ausreicht. Auch die in jeder Sekunde abgegebene Energie wird angesprochen sowie die Tatsache, dass die Strahlungsenergie zusammen mit der Gravitation ein Gleichgewicht hält, aus dem die Größe und der Aufbau der Sonne resultieren. Zum Abschluss wird ein Ausblick auf die zukünftige Entwicklung der Sonne gegeben. Innerer Aufbau der Sonne (Filmsequenz 3:30 min) Die im Inneren der Sonne frei werdende Energie wandert zum Sonnenrand und gestaltet dabei die Schichten der Sonne. Diese Schichten werden vorgestellt, wobei die Beschreibung der Wechselwirkung von Strahlung und Materie im Vordergrund steht. Vor allem die Vorgänge, die die Ursache der Konvektionszone sind, werden hier genauer betrachtet. Auf Teile der inneren Sonnenschichten, die für die Entstehung des solaren Magnetfeldes eine Rolle spielen, wird hingewiesen. Atmosphäre der Sonne (Filmsequenz 2:40 min) Alle Bereiche der Sonne, aus denen wir Licht empfangen, sind in diesem Kapitel zusammengefasst. Die einzelnen Schichten, angefangen mit der Photosphäre bis hin zum Sonnenwind werden beschrieben. An dieser Stelle werden vor allem Abmessungen sowie Temperaturen angegeben. 5

6 Sonnenaktivität (Filmsequenz 3:20 min) Die Folgen des variablen Magnetfeldes der Sonne zeigen sich in spektakulären Ereignissen an der Sonnenoberfläche. Ihr Auftreten unterliegt einem elfjährigen Zyklus. Außer den schon seit Jahrhunderten bekannten Sonnenflecken werden auch Erscheinungen gezeigt, deren Existenz erst seit ein paar Jahrzehnten beobachtet ist. Über die reine Beschreibung der durch vielfältige Satellitenaufnahmen dokumentierten Erscheinungen hinaus wird auf die Rolle der Magnetfelder und anderer Vorgänge an der Sonnenoberfläche eingegangen. Auch wird beschrieben, welche Auswirkungen die Phänomene auf die in den Weltraum abgegebene Strahlung sowie den Sonnenwind haben. Auswirkungen der Sonnenaktivität (Filmsequenz 2:30 min) Die von der aktiven Sonne abgegebene hochenergetische Strahlung und die Strömungen hochenergetischer ionisierender Teilchen haben auch Auswirkungen auf die Erde. Während Erdmagnetfeld und Erdatmosphäre das Leben an der Erdoberfläche weitgehend schützen können, sind Satelliten und Astronauten außerhalb dieser Schutzhülle. Daher bedarf deren Sicherheit einer ständigen Überwachung der Sonnenaktivität und darauf basierender Schutzmaßnahmen. Außerdem müssen technische Einrichtungen vor Änderungen des Erdmagnetfeldes geschützt werden. Dieser Aspekt ist in der modernen Welt sehr wichtig geworden. Sonne und wir (Filmsequenz 1:00 min) Sonnenstrahlung ist immer auch gefährlich, weil das Strahlungsspektrum auch die für uns schädliche Ultraviolettstrahlung beinhaltet. Die Rolle der Ozonschicht und die Folgen der Einbringung von ozonschädigenden Substanzen in die Erdatmosphäre werden thematisiert und auf die Wichtigkeit von Sonnenschutzmaßnahmen wird eingegangen. Aufbau der Sonne (Grafik) Die im Inneren der Sonne frei werdende Energie wandert zum Sonnenrand und gestaltet dabei die Schichten der Sonne. Sie können mit dieser Grafik erarbeitet und vertieft werden. 6

7 Das Sonnensystem (Grafik) Die Sonne ist das Zentralgestirn unseres Sonnensystems, welches in dieser Grafik dargestellt ist. Zusätzlich finden sich Informationen über den Durchmesser der Planeten zur Erarbeitung der Größenverhältnisse. Im ROM-Teil der Produktion findet sich außerdem noch eine weitere Grafik zur Proton-Proton-Kette, dem häufigsten Fusionsprozess in der Sonne. Interaktionen Hertzsprung-Russell-Diagramm Zu Beginn des 20. Jahrhunderts kamen die Astronomen Ejnar Hertzsprung und Henry Norris Russell auf die Idee, alle bekannten Sterne nach ihrer Oberflächentemperatur und Leuchtkraft in ein Diagramm einzutragen. Dabei entdeckten sie Erstaunliches: Die Sterne sind nicht gleichmäßig verteilt, sondern zeigen auffällige Gruppierungen. Bestimmte Kombinationen von Farbtemperatur und Helligkeit sind häufiger als andere. In dieser Interaktion kann man die Temperatur und die Helligkeit eines Sterns verändern und beobachten, wie er dadurch seine Position im Hertzsprung-Russell-Diagramm verändert. Zusätzlich sollen Multiple- Choice-Fragen beantwortet werden. Sternspektren Nicht nur die Helligkeit ist von Stern zu Stern unterschiedlich. Wie die Sonne senden Sterne nicht nur sichtbares Licht und Wärmestrahlung aus, sondern auch andere, für das menschliche Auge nicht wahrnehmbare Wellenlängen. Das Spektrum reicht dabei von energiereichen kurzwelligen Gamma- und Röntgenstrahlen bis hin zu sehr langwelligen Radiowellen. Die Sonne und viele andere Sterne geben jedoch einen Großteil ihrer Strahlung als sichtbares Licht ab. Die Verteilung der Strahlung über das Spektrum des sichtbaren Lichts bestimmt die Farbe eines Sterns. In dieser Interaktion wird erarbeitet, welche Elemente ihr Signal im Spektrum eines Sternes hinterlassen haben. Sternentwicklung Auch Sterne haben einen Lebenszyklus. Sie entstehen, verändern im Laufe der Zeit ihre Größe, Farbe und Spektralklasse und gehen schließlich wieder zugrunde. In dieser Interaktion sollen die Phasen der Sternentwicklung in die richtige Reihenfolge gebracht werden. Zusätzlich finden sich hier Informationstexte zum Thema Sternentwicklung. 7

8 Didaktische Hinweise Die Sonne ist das Zentralgestirn unseres Sonnensystems und spielt in mehreren Unterrichtsfächern eine Rolle. So wird sie im Geographieunterricht schon sehr früh betrachtet, wenn die Position unserer Erde im Weltall untersucht wird. Ihr Einfluss auf das Klima auf der Erde ist ebenfalls ein mehrfach wiederkehrendes Thema. Die Folgen menschlicher Aktivitäten in Bezug auf die Wechselwirkung unserer Atmosphäre mit der Sonnenstrahlung, allen voran Ozonloch und Treibhauseffekt, sind Gegenstand allgemeinen Interesses im Tagesgeschehen. Gerade in der Physik spielt die Sonne eine weit umfassende Rolle. Sie ist, vorbehaltlich einiger weniger Aufnahmen mit modernsten Instrumenten, der einzige Stern, den wir zuverlässig räumlich auflösen können und der nicht nur als eine Punktlichtquelle erscheint. Nur von der Sonne können Spektren von einzelnen Bereichen gezielt aufgenommen werden, um lokale Strukturen und Magnetfelder zu untersuchen. Somit dient die Sonne als lokales Vergleichsobjekt, wenn weiter entfernte Sterne untersucht werden. Ihre Gravitation hält unser Sonnensystem zusammen. Die Kernfusion als Energiequelle der Sonne und aller anderen Sterne ist in der Sekundarstufe ein wichtiges Thema sei es bei der ersten Betrachtung von Kernumwandlungen in der Sekundarstufe I oder bei einer quantitativen Untersuchung der Vorgänge in der Sekundarstufe II. Ist in der Sekundarstufe II Astrophysik als Alternative zur Kernphysik vorgesehen, so ist die Sonne ohnehin als der am besten erforschte Stern wichtiger Unterrichtsbestandteil und Ausgangspunkt für die Betrachtung anderer Sterne. Der Film bzw. einzelne Teilsequenzen können sowohl als erster Einstieg als auch zur Ergebnissicherung eingesetzt werden. Kurze Ausschnitte, zum Beispiel über die Auswirkungen der Sonnenaktivität auf die Erde, können auch fächerübergreifend im Fach Deutsch als Einstieg für Debatten oder Erörterungen zu Umweltschutzthemen dienen und dabei wichtige Sachinformationen vermitteln. Arbeitsblätter vertiefen manche Sachverhalte. Sie ermöglichen eine detailliertere Auseinandersetzung mit Schlüsselthemen wie Größenordnungen oder Kernreaktionen. Dabei können sie auch gut zur Binnendifferenzierung eingesetzt werden. 8

9 Arbeitsmaterial Als Arbeitsmaterial steht Ihnen im ROM- Teil ein umfangreiches Angebot an ergänzenden Materialien zur Verfügung (siehe Tabelle). Die Arbeitsblätter liegen sowohl als PDFals auch als Word-Dateien vor: Die PDF-Dateien können am PC direkt ausgefüllt oder ausgedruckt werden. Die Word-Dateien können bearbeitet und so individuell an die Unterrichtssituation angepasst werden. Ordner Didaktische Hinweise Arbeitsblätter (mit Lösungen) Interaktionen Grafiken Filmtext Programmstruktur Weitere Medien Produktionsangaben Materialien Hinweise zum Einsatz des Films, der Sequenzen und der ergänzenden Arbeitsmaterialien 1) Die Sonne ist groß und weit weg 2) Sonnen-Suchsel 3.1) Unsere Sonne 3.2) Unsere Sonne (für Experten) 4) Sonnenenergie und Kernreaktionen 5) Sonnige Knobelaufgabe Hertzsprung-Russell-Diagramm Sternspektren Sternentwicklung Aufbau der Sonne Das Sonnensystem Proton-Proton-Kette Filmtext als PDF-Dokument Übersicht über den Aufbau der DVD Informationen zu ergänzenden FWU-Medien Produktionsangaben zur DVD und zum Film 9

10 Programmstruktur Untermenü Hauptmenü Die Sonne Das Universum Die Sonne Unsere Sonne 2:50 min Die Sonne Film 22 min Die Energiequelle der Sonne 5:20 min Die Sonne Sequenzen Innerer Aufbau der Sonne 3:30 min Aufbau der Sonne Grafik Atmosphäre der Sonne 2:40 min Das Sonnensystem Grafik Sonnenaktivität 3:20 min Arbeitsmaterial Auswirkungen der Sonnenaktivität 2:30 min Die Sonne und wir 1:00 min Arbeitsmaterial Didaktische Hinweise 5 Arbeitsblätter 3 Grafiken 3 Interaktionen Filmtext Programmstruktur Weitere Medien Produktionsangaben 10

11 Produktionsangaben Das Universum: Die Sonne (DVD) Produktion FWU Institut für Film und Bild, 2015 DVD-Konzept Dr. Maike Schuchmann DVD-Authoring und Design TV Werk GmbH im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2015 Coverbild NASA / Goddard / SDO Grafiken MMCD NEW MEDIA GmbH, Düsseldorf haade Wikicommons Interaktionen MMCD NEW MEDIA GmbH, Düsseldorf im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild und Ernst Klett Verlag GmbH, 2010 Buch Nadja Podbregar, Harald Frater Dr. Sylvia Becker Dr. Maike Schuchmann Computeranimation, Schnitt Harald Frater Sprecher Sebastian Prittwitz Bildnachweis NASA, NASA / SDO, NASA / JPL NASA/Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab SOHO (ESA & NASA) NASA Science Visualization Studio clipdealer.de Reshat Aliyev Fotolia.com Fachberatung Dr. Sylvia Becker Redaktion Dr. Maike Schuchmann Arbeitsmaterial Dr. Sylvia Becker Begleitheft Dr. Maike Schuchmann Redaktion Dr. Maike Schuchmann Produktionsangaben zum Film Die Sonne Produktion MMCD NEW MEDIA GmbH, Düsseldorf im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2015 Nur Bildstellen/Medienzentren: öv zulässig 2015 FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz 3 D Grünwald Telefon (089) Telefax (089) info@fwu.de vertrieb@fwu.de Internet 11

12 Didaktische FWU-DVD Das Universum: Die Sonne Sie wärmt uns, sorgt für Tag und Nacht und spendet Energie ohne die Sonne wäre Leben auf der Erde nicht möglich. Doch was genau geschieht eigentlich auf und in dem Zentralgestirn unseres Planetensystems? Die Produktion erklärt mithilfe beeindruckender Realaufnahmen und Animationen die entscheidenden Phänomene und Vorgänge in und auf der Sonne und setzt sie mit unseren alltäglichen Beobachtungen und Erfahrungen in Beziehung. Im Arbeitsmaterial stehen Arbeitsblätter, drei Interaktionen und weitere ergänzende Unterrichtsmaterialien zur Verfügung. Erscheinungsjahr: 2015 Laufzeit: 22 min Film: 1 Filmsequenzen: 7 Grafiken: 2 Sprache: Deutsch DVD-ROM-Teil: Unterrichtsmaterialien Interaktionen: 3 Arbeitsblätter: 5 (mit Lösungen; z. T. binnendifferenziert) Adressaten: Allgemeinbildende Schule (Klasse 8-13) Schlagwörter: Atmosphäre, Atom, Chromosphäre, differentielle Rotation, Elektron, elektro magnetisches Spektrum, Energie, Erde, Gas, Gefahr, Gravitation, Ion, Helium, Kern, Kernfusion, Konvektion, Korona, Kraft, Leben, Magnetfeld, Masse, Ozon, Planet, Polarlicht, Proton, Protuberanzen, Rotation, Satellit, Schichten, Sonne, Sonnenfinsternis, Sonnenwind, Solarenergie, Sonnensystem, Spektrum, Stern, Strahlung, Wärme, Wasserstoff Systematik: Physik Kernphysik Kernumwandlungen Astronomie Astrophysik, Geophysik; Weltraumfahrt Atomphysik Atombau, Spektren FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz Grünwald Telefon +49 (0) Telefax +49 (0) info@fwu.de Lehrprogramm gemäß 14 JuSchG GEMAFREI Bestell-Hotline: +49 (0) vertrieb@fwu.de