Entfernungsbestimmung in der Astronomie

Für die Lehrplanalternative Astrophysik stellt die Lernaufgabe eine Querschnittsaufgabe dar, die, insbesondere auf eine allgemeine Kompetenzerwartung abzielt: „Eine charakteristische Methode im Umgang mit Beobachtungsdaten, die mit großen Messunsicherheiten und Streuungen behaftet sind, besteht im Arbeiten mit Abschätzungen und näherungsweisen Zusammenhängen unter der Setzung vereinfachender Annahmen.“ (Vortext zum Lehrplan Astrophysik)

Der Unterricht gliedert sich in sieben Abschnitte, die aber – je nach Zielsetzung – nicht alle durchlaufen werden müssen (s. a. Hinweise zur Umsetzung).

Nach einer Einführung wird der historische Rahmen abgesteckt. Dabei wird die Zielsetzung der Einheit präzisiert und der Blick auf die Zuverlässigkeit von (historischen) Quellen geschärft. Sodann wird die Idee der Parallaxenmethode an einem konkreten Beispiel vorgestellt und die grundlegende mathematische Behandlung begründet.

Zeitbedarf: ca. 1 Unterrichtsstunde

Am Beispiel der Mondparallaxe erfolgt dann eine erste konkrete Anwendung für die Astronomie. Die benötigten Daten stammen zunächst aus einem Simulationsprogramm. Da für die Berechnung der Entfernung zweier Beobachtungsorte auf der Erde ein mathematischer Aufwand betrieben werden müsste, der die Anforderungen des Lehrplans deutlich übersteigt und zudem an dieser Stelle nur einen Nebenschauplatz darstellt, wird dieser Teil in eine App ausgelagert. Im Umgang mit ihr muss die Plausibilität des Ergebnisses geprüft werden, außerdem ist eine Betrachtung zu der erreichbaren Genauigkeit wichtig. Diese Betrachtungen werden im folgenden Abschnitt, Umgang mit Messunsicherheiten, fortgesetzt und vertieft. Dabei werden auch verschiedene Beobachtungsszenarien miteinander verglichen und hinsichtlich ihrer Konsequenzen für die Genauigkeit des Ergebnisses beurteilt. Der Kompetenzbereich der Kommunikation wird durch die Ausarbeitung einer konkreten Anleitung eingebunden.

Zeitbedarf: ca. 2 Unterrichtsstunden

Die Lernaufgabe bietet sich an, um eigene Beobachtungen vorzunehmen. Dies kann aber nur in der Gruppe geschehen bzw. genauer in zwei Gruppen, die an zwei unterschiedlichen Standorten beobachten. Die Digitalisierung ist hier unabdingbar, weil so erst die Kollaboration über Ländergrenzen hinweg ermöglicht wird. Dabei werden wieder Aspekte der Kommunikation berücksichtigt; es lassen sich hier auch fremdsprachliche Kompetenzen einsetzen. Dieser Abschnitt kann übersprungen werden.

Zeitbedarf (optional): ca. 10 Unterrichtsstunden, verteilt auf einen längeren Zeitraum

Die Lernaufgabe endet mit einem weiteren Anwendungsfall, den Parallaxen im Planetensystem. Er ist wieder in einen historischen Kontext eingebettet und weist ebenfalls auf die Notwendigkeit internationaler Zusammenarbeit hin. Die Aufgabenstellungen hier gehen über die reine Physik hinaus und widmen sich Aspekten der Erkenntnisgewinnung und dem Bewerten wissenschaftspolitischer Fragestellungen.

Zeitbedarf: ca. 2 Unterrichtsstunden

Die Abschnitte des Unterrichtsverlaufs finden sich entsprechend in sieben Abschnitten des ByCS-Kurses wieder. Dabei wird in jedem Abschnitt zunächst ein Informationstext angeboten. Auf ihn folgen Arbeitsaufträge und gegebenenfalls Materialien (Abbildungen und Fotografien sowie Geogebra-Applets). 

Wie bereits im Abschnitt „Unterrichtsverlauf“ beschrieben, ist der Punkt „Eigene Beobachtungen“ optional. Er kann zwar in sehr drastischer Weise zeigen, wie unter Einsatz digitaler Medien und weltweiter Vernetzung mit Schulmitteln Resultate erzielt werden können, die vor einigen Jahrhunderten noch Gegenstand der aktuellen Forschung waren und die unser Weltbild entscheidend mitgeprägt haben. Der zeitliche und organisatorische Aufwand geht aber über den normalen Unterricht deutlich hinaus.