Aufgabenstellungen für die selbständige
wissenschaftliche Arbeit
Alle Themen werden von je zwei TeilnehmerInnen bearbeitet.
A 1 Sterne im Computer
Verschiedene Sterne haben verschiedene Eigenschaften wie Masse, Radius
und Leuchtkraft. Die fundamentalen Beziehungen, die zwischen diesen
Größenen herrschen, werden beschrieben und erklärt.
In dem Versuch werden dann Computersimulationen von Sternen mit
verschiedenen Massen berechnet, die Vorhersagen fuer die
Zusammenhänge zwischen diesen Größen machen. Zum
Schluss werden die künstlichen Sterne mit Beobachtungen
verglichen.
An Mathematikkenntnissen wird vor allem die Kenntnis des Logarithmus
vorausgesetzt.
A 2 Übungen mit dem Hamburger Robotischen Teleskop
Das Hamburger Robotische Teleskop (HRT) ist das modernste Teleskop der
Hamburger Sternwarte. Mit einem Spiegeldurchmesser von 1,2m können
auch am Tag die hellsten Sterne beobachtet werden. Im Versuch soll
die Positioniergenauigkeit des Teleskopes untersucht werden. Nach
einer Einführung in Teleskoptechnik und sphärische Astronomie im
Allgemeinen und die Steuerung des HRT im Besonderen soll durch
Anfahren eines hellen Sternes die Abweichung der tatsächlichen
Position in der Teleskopabbildung von der errechneten Sollposition
festgestellt und mit einem theoretischen Modell verglichen
werden. Dieses Modell umfasst u.a. Beeinflussungen durch die
Erdatmosphäre und Eigenschaften des Teleskopes. Der unterschiedlich
starke Einfluss der einzelnen Modellparameter soll untersucht werden.
Der Versuch setzt die Kenntnis der Winkelfunktionen voraus. Ein
Taschenrechner mit den Winkelfunktionen wird benötigt.
Bei bedecktem Himmel wird ein Alternativ-Versuch angeboten.
A 3 Dynamik von Sternhaufen
Sterne entstehen in der Regel nicht isoliert, sondern werden in
sogenannten Sternhaufen geboren. Die meisten Sternhaufen verlieren
aufgrund der dynamischen Wechselwirkung der Sterne im Laufe der Zeit
Mitglieder und haben dadurch eine endliche Lebensdauer. In diesem
Versuch werden wir mit Hilfe von Computersimulationen die
Entwicklung von Sternhaufen verfolgen und die kritischen Parameter,
die die Dynamik der Haufen bestimmen, ableiten.
A 4 Aufbau des Weltalls
Ein 15-minütiger Vortrag zum Aufbau des Weltalls soll ausgearbeitet
werden. Dazu wird nach Information und nach Bildern in Bibliothek und
Internet recherchiert. Die Vortragsfolien werden auf dem Computer
erzeugt. Der Vortrag wird den anderen TeilnehmerInnen mit Hilfe eines
Projektors präsentiert.
A 5 Maser in Sternen
Mit Hilfe der Radio-Maser-Strahlung von Riesensternen lassen sich die
Massenverlustprozesse am Ende eines Sternenlebens untersuchen. Die
Auflösung moderner Radiokarten reicht aus, von Hamburg aus die Zeit
auf einer Kirchturmuhr in Hannover abzulesen. Die Karten werden mit
dem Computer ausgemessen und Ort und Geschwindigkeit der Maser-Wolken
bestimmt. Daraus kann die Geometrie der Gashülle bestimmt werden.
A 6 Bestimmung der Magnetfeld- und Fleckenkonstellation eines
heliumreichen Sternes durch interaktive Anpassung der relevanten
Modellparameter an Beobachtungsdaten
Die Schülerinnen und Schüler erhalten eine ca. 1-stündige Einführung
(Sternentstehung, Sternaufbau, Sternatmosphären, Strahlung, normale
und pekuliare Sterne, strahlungsgetriebene Winde, Magnetfelder) in die
Problematik und in den Aufbau und in die Bedienung des interaktiven
Computer-Programms. Durch Variation der Parameter werden die Modellkurven
(durch Strategie und/oder Trial and Error) an die Daten angepasst. Die
Versuchsdauer beträgt ca. 1,5 Stunden. Eine Diskussion der Ergebnisse
mit Zeit für Fragen (30 Minuten) schließt den Versuch ab. Ein Skript
wird zur Verfügung gestellt.
A 7 Gravitationslinsen
Schwerkraft ist nicht nur Grund dafür dass Dinge nach unten
fallen oder die Erde sich um die Sonne dreht. Im Weltall
verbiegen massenreiche Galaxien den umgebenden Raum
derart, dass uns Objekte im Hintergrund auf bizarre Art und
Weise erscheinen: Manche Objekte scheinen doppelt, dreifach,
oder vierfach am Himmel zu stehen. Lichtpunkte werden zu
Ringen, wobei sich die Helligkeit um ein Vielfaches verstärkt.
Im Internet wird nach Bildern dieser Phänomene gesucht. Mit
einem Simulationsprogramm wird der Gravitationslinseneffekt
ergründet und versucht die Beobachtungen zu verstehen.
A 8 Bedeckungsveränderliche
Dieser Praktikumsversuch erfolgt mit Hilfe eines interaktiven
Computerprogrammes zur Simulation bedeckungsveränderlicher
Doppelsterne. Nach einer Einführung in die besonderen Möglichkeiten,
die durch die Beobachtung solcher Sterne geboten werden, soll zunächst
der Einfluss verschiedener Parameter (z.B. Neigungswinkel der
Bahnebene zur Sichtlinie) auf die Form der Lichtkurve demonstriert
werden. Anschließend soll für einen einfachen Fall (Sterne gleicher
Masse) ein Modell an die beobachtete Lichtkurve eines Sterns angepasst
werden.
A 9 Jupiter im Teleskop
Mit dem Hamburger Lippert-Teleskop kann man Jupiter auch bei guten
Wetterbedingungen beobachten. Bei Bewölkung wird mit simulierten Daten
gearbeitet. Der Planet Jupiter besitzt neben vielen kleineren 4 grosse
Monde, die sog. Galileischen Monde, die erstmals von Galilei
beobachtet wurden. Aus simulierten Beobachtungen Jupiters und dieser
Monde sollen die Umlaufzeiten der Monde berechnet werden und auf diese
Weise das 3. Keplersche Gesetz nachvollzogen werden.
A 10 Sternentstehung: Kollaps von Gaswolken
Sterne entstehen aus dem Kollaps überdichter Gaswolken. Ob eine
Gaswolke unter ihrem eigenen Gewicht kollabieren kann hängt von ihrer
Masse, dem Druck und der Kühleigenschaft des Gases ab. In diesem
Versuch werden wir den Kollaps von Gaswolken am Computer verfolgen und
daraus die notwendigen Eigenschaften ableiten, die zu einem solchen
Kollaps führen.
A 11 Echtfarben-Abbildung
Aus 3 gefilterten Aufnahmen des Orion-Nebels (einer
Sternentstehungsregion) soll ein Echtfarbenbild erzeugt
werden. Dafür müssen mit einem Bildverarbeitungsprogramm die
Einzelbilder normiert und aufaddiert werden. Durch Erstellen einer die
Filterkurven berücksichtigenden Farbtabelle kann das
zusammengesetzte Bild dann in Echtfarben dargestellt werden.
A 12 Fraunhofer-Linien
Mit einem Prismen-Spektrograph wird ein Spektrum der Sonne
aufgenommen. Mit einem Bildverarbeitungsprogramm wird dann eine
Wellenlängenkalibration durchgeführt und die stärksten
Fraunhofer-Linien identifiziert.
A 13 Radiobeobachtungen mit dem KRT3
Die Sonne, helle Pulsare und Radio-Galaxien können mit dem Kleinen
Radioteleskop (KRT3) bei einer Frequenz von 1420 MHz beobachtet
werden. Das KRT3 ist eine Radioantenne mit 3 Metern Durchmesser, die
auf einem Gebäude der Sternwarte installiert ist. In dem Versuch lernt
man mit so einem Teleskop umzugehen und die Radio-Helligkeit
verschiedener Objekte zu bestimmen.
A 14 Zirkumstellare Scheiben
Im Jahre 1983 entdeckte der Infrarotsatellit IRAS bei einigen Sternen
unerwartet hohe Infrarotstrahlung. Es stellte sich heraus, dass dieser
sogenannte Infrarotexzess von Staubscheiben stammt, die die
entsprechenden Sterne umgeben und die die Geburtsstätte von
Planetensystemen sind. Spätestens seit der Entdeckung
extrasolarer Planeten im Jahr 1995 finden derartige
Forschungsergebnisse ein verstärktes öffentliches Interesse.
Nach einer Einführung in die
Problematik (Sternentstehung & Bildung von Planetensystemen) werden
aktuelle hochaufgelöste optische Daten (Spektren) am Computer
untersucht, die einen Einblick in die Dynamik des zirkumstellaren
Materials und damit in die Frühphase der Planetenentstehung erlauben.
A 15 Absorptionslinien in den Spektren von Quasaren
Das Spektrum eines Quasars enthält hunderte von einzelnen
Absorptionslinien, die von der Materie zwischen uns und dem Quasar
verursacht werden. Die Analyse dieser Spektrallinien ermöglicht
wichtige Aussagen über den Aufbau und die Entwicklung des
Universums. Auf der Basis eines kürzlich gewonnenen
Quasarspektrums sollen die Linien des atomaren Wasserstoffs untersucht
werden. Die anschließende Auswertung wird Informationen
über die Entfernung, Dichteverteilung und Temperatur der
absorbierenden Gaswolken liefern.
A 16 Computerberechnungen für Stern und Planetenatmosphären
Das Licht von Sternen und Planeten weist häufig ein komplexes
Spektrum auf, das von den Eigenschaften dieser Objekte direkt
beeinflußt wird. Sollen aus den Spektren von Planeten und
Sternen deren Eigenschaften (z.B. Temperatur und chemische
Zusammensetzung) bestimmt werden, muß man Computermodelle von
ihren Atmosphären erstellen, die zugehörigen Spektren
simulieren und sie mit beobachteten Spektren vergleichen. In diesem
Versuch wird mit einfachen Computersimulationen demonstriert, wie
z.B. die Temperatur und andere Parameter einzelne Spektrallinien
beeinflussen. Am Schluß werden wir diese Parameter für
reale Sterne aus jüngst gewonnenen Spektren
bestimmen, die mit dem derzeit größten Teleskop der Welt,
dem 10m-Keck Teleskop auf Hawaii aufgenommen wurden.
A 17 Schwarze Löcher
In der Astrophysik treten extrem kompakte Objekte --
sogenannte Schwarze Löcher auf. Schwarze Löcher beeinflussen durch
ihre starke Gravitationswirkung ihre Umgebung und die darin
ablaufenden Prozesse. Sie spielen beispielsweise in den Zentren von
Galaxien oder Quasaren eine wichtige Rolle. In diesem Versuch wird die
Wirkung eines Schwarzen Lochs auf Licht und Objekte in seiner Umgebung
behandelt. Im ersten Teil wird ein Computerprogramm benutzt, um die
Lichtwege in der Nähe des Schwarzen Lochs zu berechnen und dabei zu
verstehen, wie das Licht beeinflusst wird. Im zweiten Teil werden mit
einem anderen Programm die Umlaufbahnen um ein Schwarzes Loch
berechnet und näher untersucht.