VORLAGE DER ÜBUNG

Diese Übung nimmt sich vor, die Masse von Jupiter zu bestimmen, indem man die Bewegungen der vier galileischen Trabanten dieses Planeten studiert, dann das dritte keplerische Gesetz benutzt. Die Bewegungen der Trabanten werden vom Programm mit Hilfe von Algorithmen berechnet, die vom belgischen Astronom Jean Meeus ausgearbeiten worden sind, und ihre Position in einem bestimmten Augenblick wird in ein aus mittlerer Entfernung, durch die Sonde Pioneer 10 aufgenommenes Bild des Planeten eingeschoben. Man braucht nur den Mauszeiger auf einen Trabanten zu stellen und zu klicken, um seine in Jupiterradien ausgedrückte Abszisse x entlang der zur Visierlinie senkrechten Äquatoriallinie, erscheinen zu lassen (Fig.1)  Die Bewegung des Trabanten wird als kreisrund und deshalb gleichförmig angenommen..

Anfangs wird eine Beobachtungszeitspanne von den Studenten bestimmt und mit einem Klick auf die Schaltfläche <Next>  kann man die Zeit um eine Spanne steigern. Die Messungen werden grafisch verarbeitet und eine.Kurve braucht von 15 bis 20 Messungen (für jeden Trabanten). Die Studenten werden mit  einem karierten Papier versorgt, dessen Maßstäbe jedem Trabanten angepasst sind, damit sie die Sinuskurve x=f(t) zeichnen können, wie es auf Fig.2 für einen imaginären, CLEA gennanten Trabanten gezeigt wird. Was die Zeit betrifft, sie wird in Erdtagen gezählt.

Die Periode und die Amplitude der Sinuskurve geben die Umlaufzeit T des Trabanten, bzw. den Radius (oder große Halbachse) a seiner Umlaufbahn. Diese Daten werden in Erdjahren, bzw. in astronomischen Einheiten (AE) umgerechnet, mit denen sich dias dritte keplerische Gesetz einfach schreiben lässt: M_J = a³/T² (M_J=4Pi²a³/GT² in SI Einheiten)

ABLAUF EINER SITZUNG

Die Studenten sollen zuvor das vom Team des Project CLEA (auf Englisch) aufgesetzte Handbuch gelesen haben. Um ihnen die Sache zu erleichtern, habe ich eine französische Übersetzung des Textes aufgesetzt, die ich  eine Woche zuvor an sie verteile. Auch wenn diese Vorbereitungsarbeit in "classes préparatoires" (Vorbereitungsklassen auf die "Grandes Ecoles") selbstverständlich ist, sie kann in anderen Klassen (den der Mittelschulen oder der Gymnasien) nicht zu verlangen sein, in welchem Fall eine Vorbereitungs- und theoretische Erklärungssitzung nötig sein kann. Die Zentralkraftbewegungen und deshalb das dritte keplerische Gesetz gehören zu unserem Studienplan; diese Übung ist deshalb eine gute Illustration des Unterrichts, mit der man die in der Klasse gesehenen Werkzeuge in die Tat umsetzen  und eine Anwendung dessen auf die Astronmie kennenlernen kann. Da man sich aber auf kreisrunde Umlaufbahnen beschränkt, kann sie benutzt werden, um die Bewegungen der Planeten in früheren Klassen zu illustrieren, wo diese auf dem Lehrstoff stehen.

Das Programm führt eine Spur von Realismus ein, indem es zufallsbedingt wolkige Tage generiert, in denen es unmöglich ist zu beobachten. Außerdem, wenn der Trabant hinter oder vor  Jupiter steht, ist seine Position unverfügbar (wenigstens in den alten Versionen der Software; sie ist aber verfügbar in den neusten).Schließlich passt eine bestimmte Zeitspanne nur zu einem der Trabanten, so dass man zu erst eine  Kurve für alle vier Trabanten zeichnen, dann einen annähernden Wert der Periode bestimmen, endlich eine neue Messungsserie mit einer angpassenderen Spanne nochmal  nehmen muss, für die zwei oder drei Trabanten, deren Kurve nicht befriedigend ist..Die Ablesungen und das Zeichnen der Kurven brauchen wohl zwei Stunden und einige Studenten erledigen die Verarbeitung der Messungen "zu Hause". Einige kluge Studenten "betrügen", indem sie die Zeit rasch bestimmen, die jeder Trabant braucht, um um den Planeten herumzugehen, indem sie wiederholend auf die Schaltfläche <Next> klicken, ohne Messungen zu nehmen. Es ist viel weniger realistisch aber so kann man Zeit einsparen.

Insgesamt scheinen die Studenten diese Übung unterhaltsam, interessant und einfach zu finden, denn das erforderliche Mathematikniveau ist wirklich minimal, und für Techniker, die sich das ganze Jahr anstrengen müssen, um ihre riesige Lücken in diesem Gebiet zu füllen, ist das eine angenehme Überraschung.

KRITIK

Pro:

Diese Übung ist sehr einfach einzusetzen. Das Programm läuft perfekt auf fast zehnjährigen Maschinen und die älteren Versionen haben auf einer 1.44 MB Diskette. Sie sind auch selbstausführbar (keine Installation nötig, man braucht nur die Dateien auf die Festplatte des Computers abzuschreiben). Die Dokumentation, die der Software beiliegt, ist sehr klar.

Die Übung ist angenehm und instruktiv. Wenn man darauf achtet, die Studenten auf die Fehler und die Unrichtigkeiten des vom Programm benutzten Modells hinzuweisen, ist sie eine gute Einführung in die Astronomie und obendrein eine Gelegenheit an die Problemen der Modellisierung heranzugehen.

Kontra:

Trotz all seiner Anstrengungen gelingt es dem Programm nicht, ganz realistisch zu sein. Besonders werden die Einzelheiten der Trabanden nicht gezeigt und vor allem wird die Drehung von Jupiter nicht berücksichtigt, sowie die Lichtveränderungen, die Schatten usw, und das kann Neulinge in der Astronomie eine falsche Idee von Jupiter geben

Die mitgelieferte Dokumentation ist auf English. Man muss sie für die Studenten übersetzen oder ein Projekt mit dem/r Englishlehrer/in ausarbeiten und das braucht Zeit.

KONTAKTE

Die Software von CLEA lassen sich aus der Web-Site der Universität Gettysburg   http://public.gettysburg.edu/~marschal/clea/CLEAhome.html downloaden.

Man kann auch eine CD online bestellen: (die Dateien der neusten Versionen sind ziemlich umfangreich, besonders für Leute, die eine Telefonverbindung zum Internet haben) oder ein E-Mail zu clea@gettysburg.edu senden. Es ist absolut kostenlos für Lehrer und bei Bedarf braucht man nur seinen Namen und den seiner Anstalt zu geben.Den Programmen werden von einem Studentenhandbuch, einem Benutzerhandbuch, für den Lehrer bestimmt, und in einigen Fällen, von Übungen in pdf oder MS-Word Format begleitet. Persönlich habe ich nur zwei der angebotenen Übungen benutzt: die, die in diesem Artikel durchgesehen wird und Classification of Solar Spectra (die Klassifizierung von Sternspektren), die sich nicht zu schwer in meinen Studienplan einsetzen lassen, aber die anderen Übungen können auch sehr interessant sein.