Planetenlehrpfad: Rückkehr nach Eris

Transkript

1 Planetenlehrpfad: Rückkehr nach Eris Vorbereitung Dieser Multi-Cache erweitert den 6 km langen Planetenlehrpfad um den 2005 entdeckten zehnten Planeten Eris, wodurch der Weg bis zum Final deutlich mehr als 10km lang und kein Rundkurs ist! Die hohe T-Wertung ergibt sich aus der zurückzulegenen Strecke; das Gelände ist unproblematisch. Länge der Strecke: Gelände an den Stationen und am Final: Somit können auch Rollstuhlfahrer diesen Cache problemlos absolvieren, benötigen aber Hilfe beim Final und ggf. bei den Messaufgaben. Lediglich bei Hochwasser ist weder die Strecke befahrbar noch das Final erreichbar! Benötigt werden ein Maßband oder Zollstock sowie ein Taschenrechner; ein Fahrrad ist empfohlen, ebenso ein Photoapparat, um ggf. Antworten noch einmal zu kontrollieren. Lies das Listing genau, sonst werden sich definitiv Fehler einschleichen! Verdeutlicht werden soll einerseits die Größe unseres Sonnensystems und andererseits die Leistung der Beobachtungs- und Raumfahrttechnik. Um den wissenschaftlichen Charakter des Lehrpfads hervorzuheben, gibt es drei unterschiedliche Aufgabentypen: lesen oder zählen: Das ist eine gewöhnliche Station eines Multis. 1

2 messen: Beachte genau, von wo bis wohin gemessen werden muss! rechnen: Solides Schulwissen (Prozentrechnung, Dreisatz) genügt. Verwende immer den vollständigen Wert und runde erst ganz zum Schluss und mathematisch korrekt! Trage erhaltene Werte direkt in der Tabelle am Ende des Listings ein! Die zweite Auflage dieses Multis hat sich gegenüber der ursprünglichen Idee von leoatreides sehr verändert. Grund genug also für eine Rückkehr nach Eris... Bildquelle: Allgemeines N E Der Planetenlehrpfad ist in den Jahren 2000 bis 2002 an der Bertold-Brecht- Gesamtschule Bonn entstanden. Sowohl die Entfernungen als auch die Größen der Planeten sind maßstabsgetreu; 1 Meter im Modell entsprechen 1 Mio. km im Weltall. Aufgabe A: (lesen) Mit der wievielfachen Lichtgeschwindigkeit bewegt sich ein normaler Fußgänger in diesem Modell vorwärts? 2

3 Sonne N E Nach Einsteins bekannter Formel E = mc 2 von 1905 kann Masse in Energie umgewandelt werden in der Sonne geschieht das durch Kernfusion. Die frei gewordene Energie ist auf der Erde in Form von Licht und Wärme spürbar. Aufgabe B: (rechnen) Der in der Nähe stehende Posttower hat ungefähr eine Masse von t. Die Masse wie vieler Posttower verliert die Sonne in jeder Sekunde? Betrachte dafür die Massendifferenz von Wasserstoff und Helium! Merkur N E Johannes Kepler bemerkte 1609, dass sich alle Planeten auf Ellipsen (statt auf Kreisen) um die Sonne bewegen. Der sonnennächste Punkt (Perihel) liegt im Falle von Merkur 20% näher an der Sonne als die mittlere Entfernung; der sonnenfernste Punkt (Aphel) liegt 20% weiter entfernt von der Sonne. Aufgabe C: (rechnen) Wie viele Meter (im Modell) entsprechen diesen 20%? Runde auf eine ganze Zahl. Venus N E Die Venus ist die Planetenschwester der Erde und ihr in Bezug auf die Größe am ähnlichsten. Sie ist als Morgen- und auch als Abendstern schon mit bloßem Auge gut zu sehen. Mit einem Teleskop erkennt man mehr: die Venus durchläuft wie unser Mond Phasen (Neumond, Sichel, Vollmond). Die vermutlich erste Beobachtung dieses Phänomens gelang Galileo Galilei mit seinem 1610 gebauten Teleskop; er konnte so beweisen, dass das damals vorherrschende geozentrische Weltbild falsch ist. Im Jahr 1970, nur ein Jahr nach der Mondlandung von Armstrong und Aldrin, landete mit der sowjetischen Venera 7 zum ersten mal eine Raumsonde auf einem anderen Planeten. Aufgabe D: (lesen) Dass die Venus dennoch nicht für bemannte Missionen in Frage kommt, liegt an ihrer Oberflächentemperatur. Wie viel C beträgt sie? 3

4 Erde N E Die Erde ist der größte Gesteinsplanet in unserem Sonnensystem. Auch unser Mond ist einer der größten Trabanten und insbesondere größer als die Planeten Pluto oder Eris. Aufgabe E: (messen und lesen) Messe auf der Platte den Abstand von der rechten Seite der Erde bis zum Mond in Zentimeter. Runde auf eine ganze Zahl. Außerdem sei X die mittlere Entfernung zur Sonne (nicht runden). Das brauchst du u. a. beim nächsten Planeten. Mars N E Der Mars liegt nur knapp außerhalb der sogenannten habitablen Zone, in der Wasser in flüssiger Form dauerhaft existiert und somit auch Leben denkbar ist. Die Mars-Rover Sojourner, Opportunity und Curiosity (die beiden letzteren sind noch immer in Betrieb) haben bereits den Beweis erbracht, dass es früher Wasser auf dem Mars gab. Deshalb ist der Mars auch für bemannte Missionen interessant. Erste Flüge sind bereits für die 2030er Jahre geplant alleine für den Hinflug werden etwa 250 Tage eingeplant. Aufgabe F: (rechnen) Die mittlere Entfernung zur Sonne sei Y (nicht runden) notiere auch diesen Wert in der Tabelle, da du ihn später noch einmal brauchen wirst. Rechne die 250 Tage in Stunden um, dies sei Z. Angenommen, die Astronauten könnten einen geraden Weg für ihren Flug von der Erde zum Mars nehmen und immer mit der gleichen Geschwindigkeit reisen. Wie hoch wäre diese Geschwindigkeit in km/h (also: Kilometer geteilt durch Stunden)? Um nicht so große Zahlen zu verwenden, teile diesen Wert am Ende wieder durch und runde auf eine ganze Zahl. Aktuelle Forschung: Am 24.März 2015 absolvierte der Mars-Rover Opportunity den ersten außerirdischen Marathon (also 42,195 km) und benötigte dafür etwa 11 Jahre und 2 Monate. Er ist noch immer in Betrieb und erkundet weiter den Mars. 4

5 Asteroidengürtel N E Um 1770 wurde eine nach Titus und Bode benannte mathematische Reihe gefunden, die den ungefähren Abstand der Planeten von der Sonne beschreibt. Diese sagte einen weiteren, bislang unbekannten Planeten voraus. Tatsächlich fand man zwischen 1802 und 1845 sogar 5 Objekte mit diesem Abstand, die alle als Planeten gezählt wurden, obwohl selbst der größte dieser neuen Planeten sein Name ist Ceres weniger als 1% der Masse unseres Mondes ausmacht. Weil in den Folgejahren immer mehr solch kleiner Objekte entdeckt wurden inzwischen sind es mehr als schlug Alexander von Humboldt im Jahr 1851 vor, keines dieser Objekte als Planet zu zählen, sondern fortan als Asteroiden zu bezeichnen. Etwas Ähnliches wird später mit Pluto geschehen. Aktuelle Forschung: Die Raumsonde Dawn hat im März 2015 Ceres erreicht; seitdem umkreist und untersucht sie den Zwergplanten. Kontrollstation 1: Addiere die ermittelten Werte A bis F und bestimme die einstellige Quersumme. Wenn du einen anderen Wert als 9 erhältst, dann hast du irgendwo einen Fehler gemacht. Lies die Aufgaben ggf. noch einmal genau durch! Bildquelle: 5

6 Jupiter N E Während die bisherigen Planeten Gesteinsplaneten sind, folgen nun vier Gasplaneten sie haben keine feste Oberfläche, weshalb eine genaue Angabe eines Durchmessers schwierig ist. Jupiter hat eine enorme Masse und vereint 71,2% der Masse aller Planeten auf sich, während die Erde nur einen Anteil von 0,224% ausmacht. Aufgabe G: (rechnen) Die wievielfache Erdmasse besitzt Jupiter? Runde auf eine ganze Zahl. Aktuelle Forschung: Im Juli 2016 erreichte die Raumsonde Juno nach fast fünf Jahren Flugzeit den Planeten Jupiter und wird ihn bis Februar 2018 untersuchen. Saturn N E Eine weitere Gemeinsamkeit der Gasplaneten ist die Existenz eines Ringsystems. Bei Jupiter ist es nur schwach ausgeprägt, bei Saturn dagegen sehr auffällig und wurde entsprechend früh im Jahr 1610 von Galileo Galilei entdeckt. Auch bei den nächsten beiden Planeten wird man Ringe finden. Sie bestehen aus unzähligen kleinen Partikeln einige so groß wie ein Staubkorn, andere einige Meter. Aufgabe H: (messen) Miss die Breite des auf der Platte dargestellten Ringsystems in Zentimeter, genauer: die Länge vom Rand des Saturns bis zur Erhöhung am Rand des äußersten Rings. Runde auf eine ganze Zahl. Aktuelle Forschung: Die 1997 gestartete Raumsonde Cassini erreichte 2004 den Saturn und wird ihn bis September 2017 untersuchen; außerdem wurde der Lander Huygens auf dem Saturn-Mond Titan abgesetzt. 6

7 Jahrtausende später Zwar wurden die Ellipsenbahnen, die Venussichel oder die Saturnringe erst deutlich später entdeckt, die bisherigen Planeten selbst sind aber zusammen mit Sonne und Mond seit mehreren tausend Jahren als bewegliche Gestirne bekannt und wurden mit 7 Gottheiten assoziiert. Noch heute gilt die 7 als Glückszahl und findet sich in der Anzahl der Wochentage. Da die lateinischen Namen zum Teil durch germanischen oder religiösen Einfluss ersetzt wurden, muss man auch andere romanische Sprachen heranziehen, um diesen Zusammenhang zu erkennen: Gestirne Tag der Sonne Tag des Mondes Tag des Mars Tag des Merkur Tag des Jupiter Tag der Venus Tag des Saturn Wochentag Sonntag, Sunday (engl.) Montag, Monday (engl.), Lundi (frz.) Mardi (frz.), Martedi (ital.), Martes (span.) Mercredi (frz.), Mercoledi (ital.), Miércoles (span.) Jeudi (frz.), Giovedi (ital.), Jueves (span.) Vendredi (frz.), Venerdi (ital.), Viernes (span.) Saturday (engl.) Uranus N E Die Entdeckung der nun folgenden Planeten gelang erst durch die Entwicklung der modernen Wissenschaft durch bessere Teleskope, Entwicklung von physikalischen Modellen und Beschreibung mittels mathematischer Gleichungen. Uranus wurde 1781 von Friedrich Wilhelm Herschel entdeckt. Durch diesen Multi sollte verständlich sein, warum seit der Antike eine solch lange Zeit bis zu seiner Entdeckung vergangen ist: er ist im Gegensatz zu Jupiter und Saturn klein und etwa doppelt so weit von der Sonne entfernt. Da er sich (von der Erde aus gesehen) folglich nur langsam bewegt, wurde er lange Zeit für einen Fixstern und nicht für einen Planeten gehalten. Aufgabe I: (lesen) Das Jahr ist die Zeit, die die Erde benötigt, um einmal um die Sonne zu kreisen. Wie viele Erdenjahre dauert ein Uranus-Jahr? Runde auf eine ganze Zahl. 7

8 Neptun N E Vier Jahrzehnte nach der Entdeckung von Uranus wurde klar, dass er sich nicht nach den Keplerschen Gesetzten verhält, die die Bewegung der Planeten physikalisch beschreiben. Zur Erklärung dieser Diskrepanz wurde die Existenz eines weiteren Planeten vorausgesagt und seine Bahn von Urbain Le Verrier 1846 mathematisch berechnet. Neptun ist somit der erste Planet, der nicht mit einem Teleskop, sondern mit Papier und Stift entdeckt wurde. Aufgabe J: (rechnen) Angenommen, man könnte die Dauer von 250 Tagen für die Reise von der Erde zum Mars direkt per Dreisatz auf eine Reise zum Neptun übertragen. Wie viele Jahre wäre man unterwegs? Runde auf eine ganze Zahl. Pluto N E Ebenso wie Neptun wurde die Existenz von Pluto aufgrund von Bahnstörungen behauptet. Allerdings dauerte es fast 100 Jahre, bis die Qualität der Teleskope ausreichte, um Pluto im Jahre 1930 zu entdecken. Inzwischen sind sogar 5 Monde von Pluto bekannt. Der größte, der schon bei der Entstehung des Planetenlehrpfads entdeckt war, ist nicht viel kleiner als Pluto selbst und deshalb auf der Platte abgebildet. Aufgabe K: (zählen) Aus wie vielen Punkten besteht auf der Platte der Name dieses Mondes in der Blindenschrift? Aktuelle Forschung: Im Juli 2015 passierte die Anfang 2006 gestartete Raumsonde New Horizons Pluto und ermöglichte die erste Untersuchung aus der Nähe. Die 1977 gestartete Raumsonde Voyager 1 ist aktuell das am weitesten von der Erde entfernte, von Menschen entsandte Objekt; im Maßstab des Planetenlehrpfads befindet sie ich etwa an der Südbrücke in Köln, sendet aber noch immer wissenschaftliche Daten an die Erde. 8

9 Eris Im Jahr 2005, also erst nach Errichten dieses Lehrpfades, wurden jenseits von Pluto weitere Objekte entdeckt, die um unsere Sonne kreisen. Das größte unter ihnen wurde Eris genannt und ist sogar größer als Pluto und deshalb namensgebend für diesen Multi-Cache. Ähnlich der Situation von 1851 mit den Objekten im Asteroidengürtel drohte eine große Anzahl neuer Planeten hinzuzukommen, die sich im sogenannten Kuipergürtel befinden. Es wurde eine genauere Definition benötigt, was einen Planeten von anderen Objekten unterscheidet. Nur ein Jahr später wurde darum beschlossen: Ein Himmelskörper ist ein Planet, wenn er sich auf einer Bahn um die Sonne befindet und über eine ausreichende Masse verfügt, um durch seine Eigengravitation eine annähernd runde Form zu bilden und die Umgebung seiner Bahn bereinigt hat. Der letzte Punkt gab den Ausschlag, dass künftig weder Eris noch Pluto als Planet zählten ebenso wie 1851 wurde eine neue Klasse eingeführt: die Zwergplaneten. Bei Merkur hast du bereits die Abweichung von der Kreisbahn berechnet im Fall von Eris ist die Ellipsenform noch viel ausgeprägter. Im Perihel (sonnennächster Punkt) kann Eris noch vor Pluto liegen im Modell ist das mitten im Graurheindorfer Hafen. Momentan ist er jedoch in der Nähe seines Aphels (sonnenfernster Punkt) und wird wegen einer Umlaufzeit um die Sonne von 560 Jahren noch länger dort sein. Da dieser Cache die Größe unseres Sonnensystems veranschaulichen soll und als Fahrradtour oder Wanderung konzipiert ist, liegt das Final bewusst nicht bei seiner mittleren Entfernung, sondern bei seiner derzeitigen es sind also noch einige Kilometer zurückzulegen. Kontrollstation 2: Bevor du dich auf den weiten Weg nach Eris machst, addiere die ermittelten Werte A bis K und bestimme die einstellige Quersumme. Wenn du einen anderen Wert als 2 erhältst, dann hast du irgendwo einen Fehler gemacht. Lies die Aufgaben ggf. noch einmal genau durch! 9

10 Du findest Eris bei N 50 4S.SSS E 007 0T.TTT. Das Final liegt ähnlich nahe am Rhein wie die anderen Planeten. Wenn deine Koordinaten im Rhein oder weit davon entfernt liegen, musst du deine Berechnungen noch einmal kontrollieren. Finale: Das Final kann nur unten, nicht auf halber Höhe, geöffnet werden. Achte beim Öffnen auf die angegebene Richtung (open) und beim Verschließen darauf, dass der Deckel ganz geschlossen ist. SSSS = (B + C + D + F + G + H + J 4) 10 B C D F G H J -4 TTTT = (A + E + I + K 4) 10 A E I K -4 Weitere Werte, die verwendet werden müssen X Y Z 10

11 Hints Merkur Es ist egal, ob du die die Meterangabe von der Info-Tafel oder die mittlere Entfernung von der Merkur-Platte (in Meter statt Mio. km) verwendest. Mars Geschwindigkeit = (Y X) : Z und F = Geschwindigkeit : Jupiter 71,2 : 0,224 Saturn Hier muss abgerundet werden. Neptun Sei N die mittlere Entfernung des Neptun zur Sonne. Tage = 250 N X und Y X J = Tage 365 Mit Taschenrechner: Tage = 250 (N X) : (Y X) und J = Tage : 365 (in genau dieser Reihenfolge und mit Klammern im Taschenrechner eingeben!) Pluto Plutos Mond ist nicht Pluto. Finale Wo erwartest du einen (Zwerg-)Planeten? Öffne unten in Drehrichtung open! 11