Physik und Didaktik in Schule und Hochschule PhyDid 11 (2002) S33-42

Das Astronomische Praktikum an der Universitaumlt Jena -

Moderne und Tradition

Olaf Fischer Fachdidaktik fuumlr Physik und Astronomie Friedrich-Schiller-Universitaumlt Jena

Max-Wien-Platz 1 07743 Jena fischerastrouni-jenade (Eingegangen 11062002 Angenommen 20112002)

Kurzfassung Theorie und Praxis sind untrennbare Bestandteile einer Berufsausbildung Im Rahmen der Ausbil-dung von Astronomielehrern und von Diplomphysikern mit der Vertiefungsrichtung Astronomie an der Friedrich-Schiller-Universitaumlt Jena stellt das Astronomische Praktikum einen wesentlichen Lehrabschnitt dar der sich dem Erwerb von Grundlagenkenntnissen in diversen Vorlesungen und Seminaren anschlieszligt (fuumlr Studenten mit dem Nebenfach Physik ist das Astronomische Praktikum eine wahlobligatorische Lehrveranstaltung) Im Folgenden soll dieses Praktikum in seiner Spezifik vorgestellt werden Dazu werden zunaumlchst die konzeptionellen Leitlinien sowie die organisatori-schen Besonderheiten dargestellt um im Anschluss die inhaltliche Ausgestaltung inklusive einiger didaktischer Gedanken beispielhaft zu verdeutlichen

1 Zur Konzeption Ziel des Astronomisches Praktikums ist die Ent-wicklung von Kenntnissen Faumlhigkeiten und Fertig-keiten zur selbstaumlndigen Durchfuumlhrung von Beo-bachtungen und zur Auswertung von Beobach-tungsergebnissen unter Anwendung zuvor erworbe-ner Grundlagenkenntnisse Als Teilnahmevoraus-setzung gilt entsprechend der Nachweis dass das Basiswissen in den astronomischen Grundkursver-anstaltungen (Vorlesung+Uumlbung) erfolgreich er-worben wurde Die Konzeption des Praktikums basiert auf folgen-den Uumlberlegungen

bull Die verschiedenen Praxisfelder der Astro-nomie (Tagbeobachtung Nachtbeobach-tung Laborarbeit) muumlssen Beachtung fin-den

bull Grundlegende Richtungen der beobach-tenden Astronomie und Astrophysik (Winkelmessung Zeitmessung Photomet-rie Spektroskopie Polarimetrie) sollen enthalten sein

bull Typische Taumltigkeiten der astronomischen Praxis (Feststellung der Objektsichtbar-keit Erstellung und Nutzung von Auf-suchkarten Sternzeitbestimmung Schaumlt-zung der Helligkeit Fernrohraufstellung und -parameterbestimmung Nutzung ver-schiedener Winkelmessgeraumlte Bildverar-beitung mit dem Computer ) muumlssen er-folgreich nachvollziehbar sein

bull Eine Vielfalt astronomischer Beobach-tungs- und Auswertegeraumlte (Auge Klein- und Groszligteleskop verschiedene Winkel-messgeraumlte Computer ) soll zum Ein-satz kommen

bull Verschiedenste Forschungsgegenstaumlnde (Objekte des Sonnensystems Sterne inter-

stellare Materie ) sollen Beachtung fin-den

bull Moderne Beobachtungs- und Auswerteme-thoden und entsprechende Geraumlte muumlssen in das Praktikum Eingang finden Traditi-onelle Versuchsinhalte sind hinsichtlich ihres didaktischen Wertes von Bedeutung

Das Astronomische Praktikum war ein wichtiger Bestandteil der seit 1978 in Jena beheimateten Studienrichtung zum Astronomielehrer (in der Faumlcherkombination mit Physik) In dieser Zeit be-stand das Praktikum aus einem Astronomischem und einem Astrophysikalischen Praktikum die jeweils ein Semester lang zu absolvieren waren Mit der wendebedingten Aumlnderung der Ausbildungs-gaumlnge (Astronomie nun als Drittfach im Studium fuumlrs Lehramt) entstand das heutige Astronomische Praktikum welches durch seinen Leiter Dr Hans-Georg Reimann im Rahmen der neuen Moumlglichkei-ten und Erfordernisse in kurzer Zeit konzipiert und arbeitsfaumlhig gemacht wurde Die derzeitige Struktur des Jenaer Astronomischen Praktikums ist in Abb1 dargestellt 2 Die Praktikumsorganisation Das Astronomische Praktikum ist eine einsemestri-ge Lehrveranstaltung deren Praumlsenzzeit woumlchent-lich mit zwei akademischen Doppelstunden veran-schlagt wurde Die Praumlsenzzeit verteilt sich dabei nicht gleichmaumlszligig auf die Einfuumlhrungsveranstal-tung Pflicht- und Wahlpflichtversuche (siehe Abb 1) Studenten mit dem Nebenfach Physik muumlssen eine geringere Anzahl von den Pflichtversuchen bearbeiten Im Rahmen der externen Lehrerausbil-dung muss das Praktikum umfangsmaumlszligig in einer etwas reduzierten Version durchgefuumlhrt werden Die Praktikumsveranstaltungen verteilen sich dabei auf 8 fixierte Studientage mit je zwei Doppelstun-den die auf die vier Wochen in denen die Fern-

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Abbildung 1 Das Astronomische Praktikum der Universitaumlts-Sternwarte Jena Die Versuchsnummer gibt nicht die Reihenfolge oder Wertigkeit vor

studenten in Jena sind (pro Semester eine Woche) aufgeteilt werden Ein astronomisches Praktikum ist insgesamt gese-hen keine zeitpunktgenau planbare Lehrveranstal-tung sondern sie besitzt wetterbedingt einen optio-nalen Charakter Fuumlr die Nachtbeobachtun-genLaborarbeit und fuumlr die Tagbeobachtungen werden im Wochenstundenplan je ein Zeitraum vergeben (Nachtbeobachtungen etwa ab 1800 Uhr im Wintersemester und 2000 Uhr im Sommerse-mester Tagbeobachtungen von 1000-1400 Uhr im Wintersemester und 1100-1500 Uhr im Som-mersemester) Der im Stundenplan fuumlr die Nacht-beobachtung vorgesehene Praktikumsabend ist gleichzeitig die Zeit fuumlr die Laborversuche Die Erfahrung zeigt dass die stundenplanmaumlszligig vorge-sehenen 15 naumlchtlichen Beobachtungsmoumlglichkei-ten nicht ausreichen um genug klare Naumlchte fuumlr die anstehenden Aufgaben zur Verfuumlgung zu haben Deswegen existiert fuumlr das Astronomiepraktikum die Regel dass an allen Tagen (Montag-Donnerstag) bei hinreichend guten Beobachtungs-bedingungen Nachtbeobachtungen stattfinden Uumlber das hinreichend gute Wetter muss eine klare Regel aufgestellt werden bis die Moumlglichkeit besteht dass alle Teilnehmer kurzfristig (z B 2 h zuvor uumlber das Internet) nachfragen koumlnnen ob die Prak-tikumsveranstaltung stattfindet oder nicht Um eine ausreichende Vorbereitung der Versuche zu garan-tieren werden im Falle von Schoumlnwetterperioden pro Woche maximal zwei Praktika durchgefuumlhrt In Schlechtwetterperioden koumlnnen zumindest die La-borversuche durchgefuumlhrt werden Die Abfolge der Versuche entspricht der in Abb 1 aufgefuumlhrten Nummerierung (diese entspricht der Kapitelnummerierung im Praktikumsbuch) nur insoweit als das die Pflichtversuche vor den Wahl-

pflichtversuchen durchgefuumlhrt werden Die meisten Versuche werden von den Praktikanten nicht paral-lel durchgefuumlhrt da die Anzahl der zur Verfuumlgung stehenden Geraumlte dies nicht erlaubt Die Versuchs-durchfuumlhrung erfolgt in Gruppen zu je zwei Studen-ten allein schon deshalb weil verschiedene Mes-sungen simultane AblesungenEinstellungen erfor-dern Eine wesentliche Basis der Lehrveranstaltung stellt das Kompendium fuumlr das Astronomische Praktikum (Reimann u a 2000) dar Das Buch liefert in Ergaumlnzung zum Vorlesungsstoff die fuumlr die Versu-che notwendigen Grundlagen und hilft so mittels der bdquomaszliggeschneidertenldquo Information die Effekti-vitaumlt der Praktikumsvorbereitung zu steigern (Die Vorbereitung wuumlrde ohne das Kompendium we-sentlich mehr Zeit benoumltigen da Informationen aus ganz verschiedenen Quellen zusammenzutragen waumlren) Im Anschluss an die Grundlagendarstellung folgen die jeweiligen Aufgabenstellungen und Hinweise zur Versuchsdurchfuumlhrung Der Lehr-buchcharakter des Kompendiums wird durch Test-fragen und Quellenangaben unterstrichen Die Bewertung der studentischen Leistungen er-folgt auf Grundlage der zu jedem Versuch zu erstel-lenden Protokolle und der Gespraumlche die zur Kon-trolle des Vorbereitungsniveaus der Studenten die-nen Ein Leistungsschein bestaumltigt die erfolgreiche Teilnahme am Astronomischen Praktikum inklusive einer Bewertung Das Astronomische Praktikum wird entsprechend der Versuchsspezifik an verschiedenen Orten durchgefuumlhrt Die in Abb 2 gezeigte Universitaumlts-Sternwarte bildet dabei mit den Laborraumlumen sowie einer Dachterrasse und einer Kuppel fuumlr Tagbeo-bachtungen das Zentrum des Geschehens Versu-che die einen groszligen Himmelsausschnitt bei relativ

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wenig Stoumlrlicht in unmittelbarer Naumlhe benoumltigen werden auf der Dachterrasse des Hauses 1 der Phy-sikalisch-Astronomischen Fakultaumlt durchgefuumlhrt (siehe auch Abb 5) Ausgewaumlhlte Versuche finden in der 10 km westlich von Jena auf einer Hochflauml-che gelegenen Beobachtungsstation Groszligschwab-hausen statt (siehe Abb 8)

Abbildung 2 Komet Hale-Bopp uumlber Kuppel und Dachterrasse der Universitaumlts-Sternwarte Jena (Bildquelle Weise Volkssternwarte Urania Jena e V Maumlrz 1997) 3 Astropraktika im Vergleich In Deutschland ist an mindestens 20 Standorten eine astronomische oder astronomisch relevante Hochschulausbildung moumlglich Ein astronomisches undoder astrophysikalisches Praktikum ist in der Regel Bestandteil der Ausbildung Dies wird meist als einsemestrige Veranstaltung mit einem Stun-denumfang von 2 bis 4 Semesterwochenstunden angeboten In der Mehrzahl der Faumllle findet das Praktikum wie auch in Jena im woumlchentlichen Rhythmus statt Es existiert aber auch die Variante eines ein- oder zweiwoumlchigen Blockpraktikums (z B Bonn Hei-delberg Frankfurt am Main) das in der vorlesungs-freien Zeit durchgefuumlhrt wird Der massiven und zeitlich gedraumlngten Vor- und Nachbereitung der Versuche stehen mehr Freiraum und Chancen fuumlr Beobachtungstaumltigkeit und konzentriertes Arbeiten gegenuumlber Fuumlr die Konzeption der Praktika findet man unter-schiedliche Ansaumltze Waumlhrend vereinzelt Projekt-praktika angeboten werden (z B in Bochum) bei denen eine astrophysikalische Fragestellung begin-nend bei Motivation und Planung fuumlr eine Beobach-tung uumlber deren praktische Absicherung und Durchfuumlhrung bis hin zur Datenauswertung und Veroumlffentlichung exerziert wird besteht die Mehr-zahl der Praktika aus mehreren Versuchen (6 bis 12) zu verschiedenen Aspekten der Astrono-mieAstrophysik Hinsichtlich der zuvor angesprochenen verschiede-nen Anspruumlche an ein Astropraktikum lassen die Praktikumsprogramme deutlich unterschiedliche Schwerpunkte erkennen Die einen basieren stark auf eigenen Beobachtungen (z B Kiel Bonn Je-

na) andere scheinen meist nur bdquoDatenkonservenldquo vermutlich auch aus Gruumlnden der oumlrtlichen Gege-benheiten (z B Frankfurt am Main) zu nutzen Eine Versuchsreihung mit logischer Struktur wie sie z B in Heidelberg existiert (erst Methoden dann Objekte) ist nicht immer klar erkennbar Auch spielt die eigene Forschungsarbeit beim Versuchs-angebot eine Rolle So steht in Freiburg das Son-nen-Turmteleskop mit einem Spektrographen im Zentrum des Praktikums In Muumlnster gar wo die Planetologie ansaumlssig ist findet man an praktischen Angeboten nur mikroskopische Uumlbungen an Meteo-riten und anderen Objekten Ein weiterer Aspekt des Vergleichs zwischen den Astropraktika betrifft die Moumlglichkeit der Waumlhlbar-keit von Versuchen In Jena existiert ein Pflichtteil und ein Wahlpflichtteil (siehe Abb 1) Auch andere Praktika haben mehrere Versuche im Angebot von denen jedoch z B in Muumlnchen nur eine begrenzte Zahl zur Bearbeitung kommen kann Die Konzeption vieler Praktika laumlsst einen ausrei-chenden Bezug zur Lehramtsausbildung vermissen Dazu sollten grundlegende Faumlhigkeiten und Fertig-keiten die auch fuumlr die Schule von Belang sein koumlnnen (z B Orientierung am Sternenhimmel und Aufsuchen von Objekten Nutzung eines Fernrohrs hinsichtlich seiner Parameter) trainiert werden Auch nachahmbare Versuche mit relativ einfachen Mitteln sollten im Programm sein Die langjaumlhrige Erfahrung in der Ausbildung von Astronomieleh-rern hat im Jenaer Versuchsangebot zu einem aus-gewogenen Verhaumlltnis zwischen den Anforderun-gen von Forschung und Schule gefuumlhrt 4 Zur inhaltlichen Arbeit Im Folgenden werden einige Versuche des Astro-nomischen Praktikums in wesentlichen Zuumlgen vor-gestellt um die Realisierung der anfangs genannten konzeptionellen Leitgedanken aufzuzeigen und didaktische Details darzulegen Es kann keine in-haltliche Gesamtdarstellung geboten wohl aber soll der innere Zusammenhang der Praktikumsinhalte verdeutlicht werden An ausgewaumlhlten Aspekten werden die Inhaltsauswahl und ndashumsetzung disku-tiert (warum werden welche Inhalte wie umgesetzt) und Schwierigkeiten aufgezeigt Da die Versuche in ihrer Gestaltung uumlber Jahrzehn-te hinweg gewachsen sind muss auf eine Quellen-angabe hinsichtlich der Ursprungsidee verzichtet werden 41 Aufsuchen und Klassifizieren astronomischer Himmelsobjekte mit dem Fernrohr Das Aufsuchen eines Objektes am Sternenhimmel sei es mit bloszligem Auge oder mit dem Fernrohr gehoumlrt zu den Grundaufgaben der Beobachtungstauml-tigkeit und steht daher im Praktikumsprogramm an erster Stelle Im ersten Schritt gilt es festzustellen welche Koordinaten (Rektaszension α und Deklina-tion δ) das betreffende Zielobjekt hat Die Nutzung eines astronomischen Jahrbuches (in gedruckter oder computerlesbarer Form) ist erforderlich Im

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zweiten Schritt muss festgestellt werden ob und wann das Beobachtungsobjekt ausreichend hoch uumlber dem Horizont steht Dazu gilt es die von der Grundlagenvorlesung her bekannte Koordinaten-transformation von den Aumlquatorkoordinaten α und δ zu den Horizontkoordinaten Azimut a und Houmlhe h mit Hilfe eines Computerprogramms oder einer drehbaren Sternkarte (zur schnellen Abschaumlt-zung) anzuwenden Die in der Uumlbung zur Grundlagenvorlesung erwor-bene Faumlhigkeit zur Berechnung der Sternzeit muss im Praktikum angewendet werden wenn es um die exakte Ausrichtung der Koordinatenteilkreise des Fernrohrs nach der Sternzeitmethode geht Die aus der Vorlesung her bekannte Formulierung bdquodie Sternzeit entspricht dem Stundenwinkel des Fruumlh-lingspunktesldquo erfaumlhrt im Praktikum Anschaulich-keit wenn man den Praktikanten die bdquohimmliche Sternzeituhrldquo zeigt Dazu muss man sich die Lage des Himmelsaumlquators des Meridians und des Fruumlh-lingspunktes vorstellen wozu einige markante Sterne und Sterngruppen ausreichen (Himmels-aumlquator verlaumluft z B nahe der Sterne Procyon (α Canis Minoris) Guumlrtelsterne im Orion Mira (ο Ceti) der Fruumlhlingspunkt liegt etwa in der einfa-chen suumldlichen Verlaumlngerung der Verbindungslinie der Sterne Sirrah (α Andromedae) und Algenib (β Pegasi)) Der Himmelsaumlquator entspricht dem Zif-ferblatt und der Meridian gibt darauf die 0-Uhr-Position an Der bdquoSternzeitzeigerldquo dreht sich um die Polachse in Richtung des Laufes der Gestirne und zeigt zum Fruumlhlingspunkt Der Stundenwinkel des Fruumlhlingspunktes entspricht gleichzeitig einer Zeit eine fuumlr die Astronomie typische zu trainie-rende Denkweise

Abbildung 3 Nachtbeobachtung mit dem Schul-fernrohr (Bildquelle Lindner Astronomie und Raumfahrt im Unterricht Sonderdruck2000)

Im naumlchsten Versuchsteil werden einige fernrohr-spezifische Parameter (Grenzreichweite raumlumli-ches Aufloumlsungsvermoumlgen Gesichtsfelddurchmes-ser) deren theoretische Bedeutung bereits bekannt

ist am Beispiel des Schulfernrohres (63840) ermit-telt Zur Ermittlung des Gesichtsfelddurchmessers wird die Duchlaufmethode verwendet Bei dieser Methode wird die Zeitspanne ∆t gemessen in der ein Stern infolge seiner scheinbaren taumlglichen Be-wegung das Gesichtsfeld den Mittelpunkt mitneh-mend durchlaumluft Der Gesichtsfelddurchmesser d berechnet sich dann aus d = k cos δ ∆t (k Konstante) Bemerkenswert ist der Faktor cos δ der letztlich die einfache Tatsache ausdruumlckt dass der Winkelabstand zweier Sterne (z B auf dem glei-chen Deklinationskreis) nicht der Winkeldifferenz der Koordinatenlinien (RektaszensionStunden-winkel) entspricht auf denen diese Sterne liegen Die Studenten erfahren dabei praktisch den Unter-schied zwischen Kleinkreis und Groszligkreis an der Himmelskugel Selbst astronomische Groszligtelekope besitzen einen gewissen Positionierungsfehler der sich dadurch bemerkbar macht dass die Mitte des eingestellten Gesichtsfeldes nicht den Zielkoordinaten entspricht Zur sicheren Identifizierung eines Objektes sind oft noch Aufsuchkarten noumltig die das Zielobjekt als Element einer Struktur (meist bestimmte Anord-nung von Sternen) enthalten Im letzten Ver-suchsteil sind verschiedene astronomische Him-melsobjekte die mit bloszligem Auge nicht zu sehen sind mit dem Fernrohr aufzusuchen Dazu sind Aufsuchkarten anzufertigen die das gewuumlnschte Beobachtungsobjekt in der Naumlhe eines helleren anpeilbaren Objektes enthalten Zusaumltzliche Blen-den mit dem gleichen Winkelmaszligstab wie die Kar-ten erlauben es den Fernrohreinblick darzustellen Der scheinbare Durchmesser des Vollmondes (ca 05deg) gibt ein anschauliches Maszlig am Himmel selbst Eine Aufsuchkarte kann jedoch nur dann helfen wenn ihre Orientierung derjenigen ange-passt ist die durch das optische System geliefert wird (im einfachen astronomischen Fernrohr ist das Bild kopfstehend und seitenvertauscht jede Refle-xion bringt eine Seitenumkehr) 42 Ermittlung der atmosphaumlrischen Refraktion aus Messungen mit dem Theodoliten Astronomische Koordinaten unterliegen wahren und scheinbaren Koordinatenaumlnderungen Die Re-fraktion ist ein scheinbarer Effekt der durch die lichtbrechende Wirkung der Erdatmosphaumlre hervor-gerufen wird Er bewirkt dass die Gestirne je nach ihrer Houmlhe verschieden stark angehoben erscheinen Der Refraktionswinkel liegt im Bereich von Bogen-sekunden bis -minuten ist also durch die Messung mit einem Sekundentheodoliten erfassbar Das in den Grundlagenlehrveranstaltungen ausfuumlhrlich behandelte Thema der Koordinatenaumlnderungen kann so im Rahmen des Astronomischen Prakti-kums vergegenstaumlndlicht und praktisch vertieft werden Der Praktikumsversuch umfasst zwei verschieden-artige Praxisfelder die Messung der scheinbaren Houmlhe verschiedener Teststerne und die Bestim-mung ihrer wahren Houmlhe unter Zuhilfenahme von

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Der Umgang mit Beobachtungsgeraumlten wie dem Theodoliten (siehe Abb 4) sollte zuvor (bei guter Beleuchtung) geuumlbt werden wozu sich Praktikums-tage mit bedecktem Himmel eignen Neben den Informationen im Buch zum Praktikum und in Geraumltebeschreibungen kann Wissenswertes zu Auf-bau und Handhabung von Theodoliten (und anderen Geraumlten) auch im Internet nachgelesen werden

Katalogen und Computerprogrammen Der Refrak-tionswinkel ergibt sich dann aus der Differenz bei-der Houmlhen Ziel der Messung ist die Bestimmung des Refrakti-onswinkels in Abhaumlngigkeit von der Houmlhe Dazu sind die scheinbaren Houmlhen von ca 20 Teststernen in verschiedenen Houmlhen zwischen 0deg und 90deg zu vermessen Geschieht die Houmlhenmessung genau im Meridian (bei der unteren oder oberen Kulmi-nation der Sterne) hat man den Vorteil dass bei der anschlieszligenden Berechnung der wahren Houmlhen hwahr der Teststerne aus den Katalogkoordinaten eine sehr einfache Beziehung gilt (hwahr = 90deg - φ + δ (obere Kulmination) oder hwahr = -(90deg - φ ) + δ (untere Kulmination) φ geografische Breite des Beobachtungsortes) bei der zudem die Zeit keine Rolle spielt Die um alle weiteren Koordinatenaumln-derungseffekte bereinigte Deklination δ kann einem speziellen Sternkatalog entnommen werden oder sie muss mit einem Computerprogramm berech-net werden

(Siehe zB httpkgisegeotu-dresdendeiglernprogrammseitentustheohtm ) 43 Geografische Ortsbestimmung aus Sonnenbe-obachtungen mit dem Sextanten Die Bestimmung des geografischen Ortes ist wis-senschaftshistorisch gesehen eine Standardaufga-be der Astronomie Neben diesem Motivations-element bietet die Ortsbestimmung viele Anwen-dungsmoumlglichkeiten grundlegender sphaumlrisch astro-nomischer Zusammenhaumlnge (zwischen geografi-schen und astronomischen (Aumlquator-)Koordinaten Aumlquatorsystem und Horizontsystem Kulmination und Meridiandurchgang fuumlr Fix- und Wandelsterne Sonnenzeit und Sternzeit Ortszeit und Zonenzeit wahre und mittlere Sonnenzeit)

Abbildung 4 Astronomisches Praktikum mit einem Sekundentheodoliten

Die Messung im Kulminationspunkt stellt eine starke Einschraumlnkung der moumlglichen Teststerne bzw Beobachtungszeitpunkte dar so dass eine Houmlhenmessung ohne Beschraumlnkung der Azimut-richtung oftmals vorzuziehen ist Hierbei wird die Messwertaufnahme und die folgende Koordinaten-transformation komplexer da nun auch die Mess-zeit von Bedeutung ist Das Mehr an Komplexitaumlt bereitet einigen Studenten erfahrungsgemaumlszlig Prob-leme Es sei deshalb an dieser Stelle darauf hinge-wiesen dass insbesondere auch beim Praktikum die Devise bdquoder Weg ist das Zielldquo stets im Blick blei-ben muss Die zweite Messvariante hat auch den Vorteil dass Sterne bei sehr geringen Houmlhen ver-messen werden koumlnnen Durch den Horizontdunst erscheinen auch die hellsten Sterne so licht-schwach dass sie nicht anpeilbar sind Verfolgt man jedoch einen hellen Stern in den Dunst hinein so bleibt er durch die Optik betrachtet beinahe bis zum Horizont sichtbar Die Messwerte fuumlr geringe Gestirnshoumlhen sind besonders wichtig um die Guumll-tigkeit verschiedener Atmosphaumlrenmodelle bei der Modellierung der Refraktion zu verdeutlichen

Abbildung 5 Vorbereitung der Messung der Son-nenhoumlhe mit Hilfe des Trommelsextanten Ein Standort des Astronomischen Praktikums hoch uumlber den Daumlchern von Jena ist das begehbare Dach des Hauses 1 der Physikalisch-Astronomischen Fakul-taumlt

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wenig Stoumlrlicht in unmittelbarer Naumlhe benoumltigen werden auf der Dachterrasse des Hauses 1 der Phy-sikalisch-Astronomischen Fakultaumlt durchgefuumlhrt (siehe auch Abb 5) Ausgewaumlhlte Versuche finden in der 10 km westlich von Jena auf einer Hochflauml-che gelegenen Beobachtungsstation Groszligschwab-hausen statt (siehe Abb 8)

Abbildung 2 Komet Hale-Bopp uumlber Kuppel und Dachterrasse der Universitaumlts-Sternwarte Jena (Bildquelle Weise Volkssternwarte Urania Jena e V Maumlrz 1997) 3 Astropraktika im Vergleich In Deutschland ist an mindestens 20 Standorten eine astronomische oder astronomisch relevante Hochschulausbildung moumlglich Ein astronomisches undoder astrophysikalisches Praktikum ist in der Regel Bestandteil der Ausbildung Dies wird meist als einsemestrige Veranstaltung mit einem Stun-denumfang von 2 bis 4 Semesterwochenstunden angeboten In der Mehrzahl der Faumllle findet das Praktikum wie auch in Jena im woumlchentlichen Rhythmus statt Es existiert aber auch die Variante eines ein- oder zweiwoumlchigen Blockpraktikums (z B Bonn Hei-delberg Frankfurt am Main) das in der vorlesungs-freien Zeit durchgefuumlhrt wird Der massiven und zeitlich gedraumlngten Vor- und Nachbereitung der Versuche stehen mehr Freiraum und Chancen fuumlr Beobachtungstaumltigkeit und konzentriertes Arbeiten gegenuumlber Fuumlr die Konzeption der Praktika findet man unter-schiedliche Ansaumltze Waumlhrend vereinzelt Projekt-praktika angeboten werden (z B in Bochum) bei denen eine astrophysikalische Fragestellung begin-nend bei Motivation und Planung fuumlr eine Beobach-tung uumlber deren praktische Absicherung und Durchfuumlhrung bis hin zur Datenauswertung und Veroumlffentlichung exerziert wird besteht die Mehr-zahl der Praktika aus mehreren Versuchen (6 bis 12) zu verschiedenen Aspekten der Astrono-mieAstrophysik Hinsichtlich der zuvor angesprochenen verschiede-nen Anspruumlche an ein Astropraktikum lassen die Praktikumsprogramme deutlich unterschiedliche Schwerpunkte erkennen Die einen basieren stark auf eigenen Beobachtungen (z B Kiel Bonn Je-

na) andere scheinen meist nur bdquoDatenkonservenldquo vermutlich auch aus Gruumlnden der oumlrtlichen Gege-benheiten (z B Frankfurt am Main) zu nutzen Eine Versuchsreihung mit logischer Struktur wie sie z B in Heidelberg existiert (erst Methoden dann Objekte) ist nicht immer klar erkennbar Auch spielt die eigene Forschungsarbeit beim Versuchs-angebot eine Rolle So steht in Freiburg das Son-nen-Turmteleskop mit einem Spektrographen im Zentrum des Praktikums In Muumlnster gar wo die Planetologie ansaumlssig ist findet man an praktischen Angeboten nur mikroskopische Uumlbungen an Meteo-riten und anderen Objekten Ein weiterer Aspekt des Vergleichs zwischen den Astropraktika betrifft die Moumlglichkeit der Waumlhlbar-keit von Versuchen In Jena existiert ein Pflichtteil und ein Wahlpflichtteil (siehe Abb 1) Auch andere Praktika haben mehrere Versuche im Angebot von denen jedoch z B in Muumlnchen nur eine begrenzte Zahl zur Bearbeitung kommen kann Die Konzeption vieler Praktika laumlsst einen ausrei-chenden Bezug zur Lehramtsausbildung vermissen Dazu sollten grundlegende Faumlhigkeiten und Fertig-keiten die auch fuumlr die Schule von Belang sein koumlnnen (z B Orientierung am Sternenhimmel und Aufsuchen von Objekten Nutzung eines Fernrohrs hinsichtlich seiner Parameter) trainiert werden Auch nachahmbare Versuche mit relativ einfachen Mitteln sollten im Programm sein Die langjaumlhrige Erfahrung in der Ausbildung von Astronomieleh-rern hat im Jenaer Versuchsangebot zu einem aus-gewogenen Verhaumlltnis zwischen den Anforderun-gen von Forschung und Schule gefuumlhrt 4 Zur inhaltlichen Arbeit Im Folgenden werden einige Versuche des Astro-nomischen Praktikums in wesentlichen Zuumlgen vor-gestellt um die Realisierung der anfangs genannten konzeptionellen Leitgedanken aufzuzeigen und didaktische Details darzulegen Es kann keine in-haltliche Gesamtdarstellung geboten wohl aber soll der innere Zusammenhang der Praktikumsinhalte verdeutlicht werden An ausgewaumlhlten Aspekten werden die Inhaltsauswahl und ndashumsetzung disku-tiert (warum werden welche Inhalte wie umgesetzt) und Schwierigkeiten aufgezeigt Da die Versuche in ihrer Gestaltung uumlber Jahrzehn-te hinweg gewachsen sind muss auf eine Quellen-angabe hinsichtlich der Ursprungsidee verzichtet werden 41 Aufsuchen und Klassifizieren astronomischer Himmelsobjekte mit dem Fernrohr Das Aufsuchen eines Objektes am Sternenhimmel sei es mit bloszligem Auge oder mit dem Fernrohr gehoumlrt zu den Grundaufgaben der Beobachtungstauml-tigkeit und steht daher im Praktikumsprogramm an erster Stelle Im ersten Schritt gilt es festzustellen welche Koordinaten (Rektaszension α und Deklina-tion δ) das betreffende Zielobjekt hat Die Nutzung eines astronomischen Jahrbuches (in gedruckter oder computerlesbarer Form) ist erforderlich Im

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zweiten Schritt muss festgestellt werden ob und wann das Beobachtungsobjekt ausreichend hoch uumlber dem Horizont steht Dazu gilt es die von der Grundlagenvorlesung her bekannte Koordinaten-transformation von den Aumlquatorkoordinaten α und δ zu den Horizontkoordinaten Azimut a und Houmlhe h mit Hilfe eines Computerprogramms oder einer drehbaren Sternkarte (zur schnellen Abschaumlt-zung) anzuwenden Die in der Uumlbung zur Grundlagenvorlesung erwor-bene Faumlhigkeit zur Berechnung der Sternzeit muss im Praktikum angewendet werden wenn es um die exakte Ausrichtung der Koordinatenteilkreise des Fernrohrs nach der Sternzeitmethode geht Die aus der Vorlesung her bekannte Formulierung bdquodie Sternzeit entspricht dem Stundenwinkel des Fruumlh-lingspunktesldquo erfaumlhrt im Praktikum Anschaulich-keit wenn man den Praktikanten die bdquohimmliche Sternzeituhrldquo zeigt Dazu muss man sich die Lage des Himmelsaumlquators des Meridians und des Fruumlh-lingspunktes vorstellen wozu einige markante Sterne und Sterngruppen ausreichen (Himmels-aumlquator verlaumluft z B nahe der Sterne Procyon (α Canis Minoris) Guumlrtelsterne im Orion Mira (ο Ceti) der Fruumlhlingspunkt liegt etwa in der einfa-chen suumldlichen Verlaumlngerung der Verbindungslinie der Sterne Sirrah (α Andromedae) und Algenib (β Pegasi)) Der Himmelsaumlquator entspricht dem Zif-ferblatt und der Meridian gibt darauf die 0-Uhr-Position an Der bdquoSternzeitzeigerldquo dreht sich um die Polachse in Richtung des Laufes der Gestirne und zeigt zum Fruumlhlingspunkt Der Stundenwinkel des Fruumlhlingspunktes entspricht gleichzeitig einer Zeit eine fuumlr die Astronomie typische zu trainie-rende Denkweise

Abbildung 3 Nachtbeobachtung mit dem Schul-fernrohr (Bildquelle Lindner Astronomie und Raumfahrt im Unterricht Sonderdruck2000)

Im naumlchsten Versuchsteil werden einige fernrohr-spezifische Parameter (Grenzreichweite raumlumli-ches Aufloumlsungsvermoumlgen Gesichtsfelddurchmes-ser) deren theoretische Bedeutung bereits bekannt

ist am Beispiel des Schulfernrohres (63840) ermit-telt Zur Ermittlung des Gesichtsfelddurchmessers wird die Duchlaufmethode verwendet Bei dieser Methode wird die Zeitspanne ∆t gemessen in der ein Stern infolge seiner scheinbaren taumlglichen Be-wegung das Gesichtsfeld den Mittelpunkt mitneh-mend durchlaumluft Der Gesichtsfelddurchmesser d berechnet sich dann aus d = k cos δ ∆t (k Konstante) Bemerkenswert ist der Faktor cos δ der letztlich die einfache Tatsache ausdruumlckt dass der Winkelabstand zweier Sterne (z B auf dem glei-chen Deklinationskreis) nicht der Winkeldifferenz der Koordinatenlinien (RektaszensionStunden-winkel) entspricht auf denen diese Sterne liegen Die Studenten erfahren dabei praktisch den Unter-schied zwischen Kleinkreis und Groszligkreis an der Himmelskugel Selbst astronomische Groszligtelekope besitzen einen gewissen Positionierungsfehler der sich dadurch bemerkbar macht dass die Mitte des eingestellten Gesichtsfeldes nicht den Zielkoordinaten entspricht Zur sicheren Identifizierung eines Objektes sind oft noch Aufsuchkarten noumltig die das Zielobjekt als Element einer Struktur (meist bestimmte Anord-nung von Sternen) enthalten Im letzten Ver-suchsteil sind verschiedene astronomische Him-melsobjekte die mit bloszligem Auge nicht zu sehen sind mit dem Fernrohr aufzusuchen Dazu sind Aufsuchkarten anzufertigen die das gewuumlnschte Beobachtungsobjekt in der Naumlhe eines helleren anpeilbaren Objektes enthalten Zusaumltzliche Blen-den mit dem gleichen Winkelmaszligstab wie die Kar-ten erlauben es den Fernrohreinblick darzustellen Der scheinbare Durchmesser des Vollmondes (ca 05deg) gibt ein anschauliches Maszlig am Himmel selbst Eine Aufsuchkarte kann jedoch nur dann helfen wenn ihre Orientierung derjenigen ange-passt ist die durch das optische System geliefert wird (im einfachen astronomischen Fernrohr ist das Bild kopfstehend und seitenvertauscht jede Refle-xion bringt eine Seitenumkehr) 42 Ermittlung der atmosphaumlrischen Refraktion aus Messungen mit dem Theodoliten Astronomische Koordinaten unterliegen wahren und scheinbaren Koordinatenaumlnderungen Die Re-fraktion ist ein scheinbarer Effekt der durch die lichtbrechende Wirkung der Erdatmosphaumlre hervor-gerufen wird Er bewirkt dass die Gestirne je nach ihrer Houmlhe verschieden stark angehoben erscheinen Der Refraktionswinkel liegt im Bereich von Bogen-sekunden bis -minuten ist also durch die Messung mit einem Sekundentheodoliten erfassbar Das in den Grundlagenlehrveranstaltungen ausfuumlhrlich behandelte Thema der Koordinatenaumlnderungen kann so im Rahmen des Astronomischen Prakti-kums vergegenstaumlndlicht und praktisch vertieft werden Der Praktikumsversuch umfasst zwei verschieden-artige Praxisfelder die Messung der scheinbaren Houmlhe verschiedener Teststerne und die Bestim-mung ihrer wahren Houmlhe unter Zuhilfenahme von

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Das Astronomische Praktikum an der Universitaumlt Jena - Moderne und Tradition

Der Umgang mit Beobachtungsgeraumlten wie dem Theodoliten (siehe Abb 4) sollte zuvor (bei guter Beleuchtung) geuumlbt werden wozu sich Praktikums-tage mit bedecktem Himmel eignen Neben den Informationen im Buch zum Praktikum und in Geraumltebeschreibungen kann Wissenswertes zu Auf-bau und Handhabung von Theodoliten (und anderen Geraumlten) auch im Internet nachgelesen werden

Katalogen und Computerprogrammen Der Refrak-tionswinkel ergibt sich dann aus der Differenz bei-der Houmlhen Ziel der Messung ist die Bestimmung des Refrakti-onswinkels in Abhaumlngigkeit von der Houmlhe Dazu sind die scheinbaren Houmlhen von ca 20 Teststernen in verschiedenen Houmlhen zwischen 0deg und 90deg zu vermessen Geschieht die Houmlhenmessung genau im Meridian (bei der unteren oder oberen Kulmi-nation der Sterne) hat man den Vorteil dass bei der anschlieszligenden Berechnung der wahren Houmlhen hwahr der Teststerne aus den Katalogkoordinaten eine sehr einfache Beziehung gilt (hwahr = 90deg - φ + δ (obere Kulmination) oder hwahr = -(90deg - φ ) + δ (untere Kulmination) φ geografische Breite des Beobachtungsortes) bei der zudem die Zeit keine Rolle spielt Die um alle weiteren Koordinatenaumln-derungseffekte bereinigte Deklination δ kann einem speziellen Sternkatalog entnommen werden oder sie muss mit einem Computerprogramm berech-net werden

(Siehe zB httpkgisegeotu-dresdendeiglernprogrammseitentustheohtm ) 43 Geografische Ortsbestimmung aus Sonnenbe-obachtungen mit dem Sextanten Die Bestimmung des geografischen Ortes ist wis-senschaftshistorisch gesehen eine Standardaufga-be der Astronomie Neben diesem Motivations-element bietet die Ortsbestimmung viele Anwen-dungsmoumlglichkeiten grundlegender sphaumlrisch astro-nomischer Zusammenhaumlnge (zwischen geografi-schen und astronomischen (Aumlquator-)Koordinaten Aumlquatorsystem und Horizontsystem Kulmination und Meridiandurchgang fuumlr Fix- und Wandelsterne Sonnenzeit und Sternzeit Ortszeit und Zonenzeit wahre und mittlere Sonnenzeit)

Abbildung 4 Astronomisches Praktikum mit einem Sekundentheodoliten

Die Messung im Kulminationspunkt stellt eine starke Einschraumlnkung der moumlglichen Teststerne bzw Beobachtungszeitpunkte dar so dass eine Houmlhenmessung ohne Beschraumlnkung der Azimut-richtung oftmals vorzuziehen ist Hierbei wird die Messwertaufnahme und die folgende Koordinaten-transformation komplexer da nun auch die Mess-zeit von Bedeutung ist Das Mehr an Komplexitaumlt bereitet einigen Studenten erfahrungsgemaumlszlig Prob-leme Es sei deshalb an dieser Stelle darauf hinge-wiesen dass insbesondere auch beim Praktikum die Devise bdquoder Weg ist das Zielldquo stets im Blick blei-ben muss Die zweite Messvariante hat auch den Vorteil dass Sterne bei sehr geringen Houmlhen ver-messen werden koumlnnen Durch den Horizontdunst erscheinen auch die hellsten Sterne so licht-schwach dass sie nicht anpeilbar sind Verfolgt man jedoch einen hellen Stern in den Dunst hinein so bleibt er durch die Optik betrachtet beinahe bis zum Horizont sichtbar Die Messwerte fuumlr geringe Gestirnshoumlhen sind besonders wichtig um die Guumll-tigkeit verschiedener Atmosphaumlrenmodelle bei der Modellierung der Refraktion zu verdeutlichen

Abbildung 5 Vorbereitung der Messung der Son-nenhoumlhe mit Hilfe des Trommelsextanten Ein Standort des Astronomischen Praktikums hoch uumlber den Daumlchern von Jena ist das begehbare Dach des Hauses 1 der Physikalisch-Astronomischen Fakul-taumlt

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zweiten Schritt muss festgestellt werden ob und wann das Beobachtungsobjekt ausreichend hoch uumlber dem Horizont steht Dazu gilt es die von der Grundlagenvorlesung her bekannte Koordinaten-transformation von den Aumlquatorkoordinaten α und δ zu den Horizontkoordinaten Azimut a und Houmlhe h mit Hilfe eines Computerprogramms oder einer drehbaren Sternkarte (zur schnellen Abschaumlt-zung) anzuwenden Die in der Uumlbung zur Grundlagenvorlesung erwor-bene Faumlhigkeit zur Berechnung der Sternzeit muss im Praktikum angewendet werden wenn es um die exakte Ausrichtung der Koordinatenteilkreise des Fernrohrs nach der Sternzeitmethode geht Die aus der Vorlesung her bekannte Formulierung bdquodie Sternzeit entspricht dem Stundenwinkel des Fruumlh-lingspunktesldquo erfaumlhrt im Praktikum Anschaulich-keit wenn man den Praktikanten die bdquohimmliche Sternzeituhrldquo zeigt Dazu muss man sich die Lage des Himmelsaumlquators des Meridians und des Fruumlh-lingspunktes vorstellen wozu einige markante Sterne und Sterngruppen ausreichen (Himmels-aumlquator verlaumluft z B nahe der Sterne Procyon (α Canis Minoris) Guumlrtelsterne im Orion Mira (ο Ceti) der Fruumlhlingspunkt liegt etwa in der einfa-chen suumldlichen Verlaumlngerung der Verbindungslinie der Sterne Sirrah (α Andromedae) und Algenib (β Pegasi)) Der Himmelsaumlquator entspricht dem Zif-ferblatt und der Meridian gibt darauf die 0-Uhr-Position an Der bdquoSternzeitzeigerldquo dreht sich um die Polachse in Richtung des Laufes der Gestirne und zeigt zum Fruumlhlingspunkt Der Stundenwinkel des Fruumlhlingspunktes entspricht gleichzeitig einer Zeit eine fuumlr die Astronomie typische zu trainie-rende Denkweise

Abbildung 3 Nachtbeobachtung mit dem Schul-fernrohr (Bildquelle Lindner Astronomie und Raumfahrt im Unterricht Sonderdruck2000)

Im naumlchsten Versuchsteil werden einige fernrohr-spezifische Parameter (Grenzreichweite raumlumli-ches Aufloumlsungsvermoumlgen Gesichtsfelddurchmes-ser) deren theoretische Bedeutung bereits bekannt

ist am Beispiel des Schulfernrohres (63840) ermit-telt Zur Ermittlung des Gesichtsfelddurchmessers wird die Duchlaufmethode verwendet Bei dieser Methode wird die Zeitspanne ∆t gemessen in der ein Stern infolge seiner scheinbaren taumlglichen Be-wegung das Gesichtsfeld den Mittelpunkt mitneh-mend durchlaumluft Der Gesichtsfelddurchmesser d berechnet sich dann aus d = k cos δ ∆t (k Konstante) Bemerkenswert ist der Faktor cos δ der letztlich die einfache Tatsache ausdruumlckt dass der Winkelabstand zweier Sterne (z B auf dem glei-chen Deklinationskreis) nicht der Winkeldifferenz der Koordinatenlinien (RektaszensionStunden-winkel) entspricht auf denen diese Sterne liegen Die Studenten erfahren dabei praktisch den Unter-schied zwischen Kleinkreis und Groszligkreis an der Himmelskugel Selbst astronomische Groszligtelekope besitzen einen gewissen Positionierungsfehler der sich dadurch bemerkbar macht dass die Mitte des eingestellten Gesichtsfeldes nicht den Zielkoordinaten entspricht Zur sicheren Identifizierung eines Objektes sind oft noch Aufsuchkarten noumltig die das Zielobjekt als Element einer Struktur (meist bestimmte Anord-nung von Sternen) enthalten Im letzten Ver-suchsteil sind verschiedene astronomische Him-melsobjekte die mit bloszligem Auge nicht zu sehen sind mit dem Fernrohr aufzusuchen Dazu sind Aufsuchkarten anzufertigen die das gewuumlnschte Beobachtungsobjekt in der Naumlhe eines helleren anpeilbaren Objektes enthalten Zusaumltzliche Blen-den mit dem gleichen Winkelmaszligstab wie die Kar-ten erlauben es den Fernrohreinblick darzustellen Der scheinbare Durchmesser des Vollmondes (ca 05deg) gibt ein anschauliches Maszlig am Himmel selbst Eine Aufsuchkarte kann jedoch nur dann helfen wenn ihre Orientierung derjenigen ange-passt ist die durch das optische System geliefert wird (im einfachen astronomischen Fernrohr ist das Bild kopfstehend und seitenvertauscht jede Refle-xion bringt eine Seitenumkehr) 42 Ermittlung der atmosphaumlrischen Refraktion aus Messungen mit dem Theodoliten Astronomische Koordinaten unterliegen wahren und scheinbaren Koordinatenaumlnderungen Die Re-fraktion ist ein scheinbarer Effekt der durch die lichtbrechende Wirkung der Erdatmosphaumlre hervor-gerufen wird Er bewirkt dass die Gestirne je nach ihrer Houmlhe verschieden stark angehoben erscheinen Der Refraktionswinkel liegt im Bereich von Bogen-sekunden bis -minuten ist also durch die Messung mit einem Sekundentheodoliten erfassbar Das in den Grundlagenlehrveranstaltungen ausfuumlhrlich behandelte Thema der Koordinatenaumlnderungen kann so im Rahmen des Astronomischen Prakti-kums vergegenstaumlndlicht und praktisch vertieft werden Der Praktikumsversuch umfasst zwei verschieden-artige Praxisfelder die Messung der scheinbaren Houmlhe verschiedener Teststerne und die Bestim-mung ihrer wahren Houmlhe unter Zuhilfenahme von

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Das Astronomische Praktikum an der Universitaumlt Jena - Moderne und Tradition

Der Umgang mit Beobachtungsgeraumlten wie dem Theodoliten (siehe Abb 4) sollte zuvor (bei guter Beleuchtung) geuumlbt werden wozu sich Praktikums-tage mit bedecktem Himmel eignen Neben den Informationen im Buch zum Praktikum und in Geraumltebeschreibungen kann Wissenswertes zu Auf-bau und Handhabung von Theodoliten (und anderen Geraumlten) auch im Internet nachgelesen werden

Katalogen und Computerprogrammen Der Refrak-tionswinkel ergibt sich dann aus der Differenz bei-der Houmlhen Ziel der Messung ist die Bestimmung des Refrakti-onswinkels in Abhaumlngigkeit von der Houmlhe Dazu sind die scheinbaren Houmlhen von ca 20 Teststernen in verschiedenen Houmlhen zwischen 0deg und 90deg zu vermessen Geschieht die Houmlhenmessung genau im Meridian (bei der unteren oder oberen Kulmi-nation der Sterne) hat man den Vorteil dass bei der anschlieszligenden Berechnung der wahren Houmlhen hwahr der Teststerne aus den Katalogkoordinaten eine sehr einfache Beziehung gilt (hwahr = 90deg - φ + δ (obere Kulmination) oder hwahr = -(90deg - φ ) + δ (untere Kulmination) φ geografische Breite des Beobachtungsortes) bei der zudem die Zeit keine Rolle spielt Die um alle weiteren Koordinatenaumln-derungseffekte bereinigte Deklination δ kann einem speziellen Sternkatalog entnommen werden oder sie muss mit einem Computerprogramm berech-net werden

(Siehe zB httpkgisegeotu-dresdendeiglernprogrammseitentustheohtm ) 43 Geografische Ortsbestimmung aus Sonnenbe-obachtungen mit dem Sextanten Die Bestimmung des geografischen Ortes ist wis-senschaftshistorisch gesehen eine Standardaufga-be der Astronomie Neben diesem Motivations-element bietet die Ortsbestimmung viele Anwen-dungsmoumlglichkeiten grundlegender sphaumlrisch astro-nomischer Zusammenhaumlnge (zwischen geografi-schen und astronomischen (Aumlquator-)Koordinaten Aumlquatorsystem und Horizontsystem Kulmination und Meridiandurchgang fuumlr Fix- und Wandelsterne Sonnenzeit und Sternzeit Ortszeit und Zonenzeit wahre und mittlere Sonnenzeit)

Abbildung 4 Astronomisches Praktikum mit einem Sekundentheodoliten

Die Messung im Kulminationspunkt stellt eine starke Einschraumlnkung der moumlglichen Teststerne bzw Beobachtungszeitpunkte dar so dass eine Houmlhenmessung ohne Beschraumlnkung der Azimut-richtung oftmals vorzuziehen ist Hierbei wird die Messwertaufnahme und die folgende Koordinaten-transformation komplexer da nun auch die Mess-zeit von Bedeutung ist Das Mehr an Komplexitaumlt bereitet einigen Studenten erfahrungsgemaumlszlig Prob-leme Es sei deshalb an dieser Stelle darauf hinge-wiesen dass insbesondere auch beim Praktikum die Devise bdquoder Weg ist das Zielldquo stets im Blick blei-ben muss Die zweite Messvariante hat auch den Vorteil dass Sterne bei sehr geringen Houmlhen ver-messen werden koumlnnen Durch den Horizontdunst erscheinen auch die hellsten Sterne so licht-schwach dass sie nicht anpeilbar sind Verfolgt man jedoch einen hellen Stern in den Dunst hinein so bleibt er durch die Optik betrachtet beinahe bis zum Horizont sichtbar Die Messwerte fuumlr geringe Gestirnshoumlhen sind besonders wichtig um die Guumll-tigkeit verschiedener Atmosphaumlrenmodelle bei der Modellierung der Refraktion zu verdeutlichen

Abbildung 5 Vorbereitung der Messung der Son-nenhoumlhe mit Hilfe des Trommelsextanten Ein Standort des Astronomischen Praktikums hoch uumlber den Daumlchern von Jena ist das begehbare Dach des Hauses 1 der Physikalisch-Astronomischen Fakul-taumlt

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Das Astronomische Praktikum an der Universitaumlt Jena - Moderne und Tradition

Der Umgang mit Beobachtungsgeraumlten wie dem Theodoliten (siehe Abb 4) sollte zuvor (bei guter Beleuchtung) geuumlbt werden wozu sich Praktikums-tage mit bedecktem Himmel eignen Neben den Informationen im Buch zum Praktikum und in Geraumltebeschreibungen kann Wissenswertes zu Auf-bau und Handhabung von Theodoliten (und anderen Geraumlten) auch im Internet nachgelesen werden

Katalogen und Computerprogrammen Der Refrak-tionswinkel ergibt sich dann aus der Differenz bei-der Houmlhen Ziel der Messung ist die Bestimmung des Refrakti-onswinkels in Abhaumlngigkeit von der Houmlhe Dazu sind die scheinbaren Houmlhen von ca 20 Teststernen in verschiedenen Houmlhen zwischen 0deg und 90deg zu vermessen Geschieht die Houmlhenmessung genau im Meridian (bei der unteren oder oberen Kulmi-nation der Sterne) hat man den Vorteil dass bei der anschlieszligenden Berechnung der wahren Houmlhen hwahr der Teststerne aus den Katalogkoordinaten eine sehr einfache Beziehung gilt (hwahr = 90deg - φ + δ (obere Kulmination) oder hwahr = -(90deg - φ ) + δ (untere Kulmination) φ geografische Breite des Beobachtungsortes) bei der zudem die Zeit keine Rolle spielt Die um alle weiteren Koordinatenaumln-derungseffekte bereinigte Deklination δ kann einem speziellen Sternkatalog entnommen werden oder sie muss mit einem Computerprogramm berech-net werden

(Siehe zB httpkgisegeotu-dresdendeiglernprogrammseitentustheohtm ) 43 Geografische Ortsbestimmung aus Sonnenbe-obachtungen mit dem Sextanten Die Bestimmung des geografischen Ortes ist wis-senschaftshistorisch gesehen eine Standardaufga-be der Astronomie Neben diesem Motivations-element bietet die Ortsbestimmung viele Anwen-dungsmoumlglichkeiten grundlegender sphaumlrisch astro-nomischer Zusammenhaumlnge (zwischen geografi-schen und astronomischen (Aumlquator-)Koordinaten Aumlquatorsystem und Horizontsystem Kulmination und Meridiandurchgang fuumlr Fix- und Wandelsterne Sonnenzeit und Sternzeit Ortszeit und Zonenzeit wahre und mittlere Sonnenzeit)

Abbildung 4 Astronomisches Praktikum mit einem Sekundentheodoliten

Die Messung im Kulminationspunkt stellt eine starke Einschraumlnkung der moumlglichen Teststerne bzw Beobachtungszeitpunkte dar so dass eine Houmlhenmessung ohne Beschraumlnkung der Azimut-richtung oftmals vorzuziehen ist Hierbei wird die Messwertaufnahme und die folgende Koordinaten-transformation komplexer da nun auch die Mess-zeit von Bedeutung ist Das Mehr an Komplexitaumlt bereitet einigen Studenten erfahrungsgemaumlszlig Prob-leme Es sei deshalb an dieser Stelle darauf hinge-wiesen dass insbesondere auch beim Praktikum die Devise bdquoder Weg ist das Zielldquo stets im Blick blei-ben muss Die zweite Messvariante hat auch den Vorteil dass Sterne bei sehr geringen Houmlhen ver-messen werden koumlnnen Durch den Horizontdunst erscheinen auch die hellsten Sterne so licht-schwach dass sie nicht anpeilbar sind Verfolgt man jedoch einen hellen Stern in den Dunst hinein so bleibt er durch die Optik betrachtet beinahe bis zum Horizont sichtbar Die Messwerte fuumlr geringe Gestirnshoumlhen sind besonders wichtig um die Guumll-tigkeit verschiedener Atmosphaumlrenmodelle bei der Modellierung der Refraktion zu verdeutlichen

Abbildung 5 Vorbereitung der Messung der Son-nenhoumlhe mit Hilfe des Trommelsextanten Ein Standort des Astronomischen Praktikums hoch uumlber den Daumlchern von Jena ist das begehbare Dach des Hauses 1 der Physikalisch-Astronomischen Fakul-taumlt

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Aus astronomischer Sicht waumlre die geografische Ortsbestimmung auf Grundlage der naumlchtlichen Beobachtung von Fixsternen einfacher und genauer Aus didaktischen und organisatorischen Gruumlnden wird der Versuch jedoch mit Hilfe von Messungen der Sonnenhoumlhe durchgefuumlhrt Die Sonne als posi-tionsveraumlnderlicher Bezugspunkt hat den Nachteil (aus didaktischer Sicht ist es ein Vorteil) dass sie den houmlchsten Punkt ihrer scheinbaren taumlglichen Bahn (obere Kulmination) nicht () im Meridian erreicht Diese Tatsache muss im Versuch Beruumlck-sichtigung finden Die Sonne bietet zudem die Chance der Anwendung von Grundlagenkenntnis-sen zur astronomischen Zeitmessung Insbesondere die Problematik des Unterschieds zwischen wahrer und mittlerer Sonnenzeit wird durch den Prakti-kumsversuch aufgegriffen und praktisch verarbei-tet (Im Versuch wird die wahre Sonne vermessen und mit der mittleren Sonne unter Anwendung der Zeitgleichung in Beziehung gesetzt)

Abbildung 6 Hilfsmittel zur Vermessung der zeit-lich abhaumlngigen Sonnenhoumlhe h(t) Trommelsextant zur Winkelmessung mit einer Genauigkeit von einer Bogenminute kuumlnstlicher Horizont und Roumlh-renlibelle zu dessen Justierung Funkuhr

Die geografische Ortsbestimmung basiert auf 20 Messungen der zeitabhaumlngigen Sonnenhoumlhe h(t) verteilt im Zeitraum von 2 h und zentriert um den Zeitpunkt des wahren Mittags am Beobachtungsort d h je 10 Messungen vor und nach dem Meridian-durchgang der Sonne Die Messpunkte (inklusive

ihrer Fehlerbalken) markieren dabei ein Stuumlck des Tagbogens der Sonne der im Laufe der Auswer-tung durch die Praktikanten modelliert und analy-siert werden muss (Bestimmung von Houmlhe und Zeitpunkt des Kurvenmaximums) An dieser Stelle sei etwas zum Verhaumlltnis von Moderne zu Tradition in einer Lehrveranstaltung wie dem Praktikum gesagt Die Auswertung der Messergebnisse koumlnnte vollstaumlndig von einem geeigneten Computerpro-gramm uumlbernommen werden Die Aktivitaumlt der Studenten wird dadurch jedoch insofern sie das Programm nicht selbst geschrieben haben gelaumlhmt Ein traditionelles Verfahren zur Auswertung hat deshalb im Praktikum durchaus seine Berechtigung Eine grafische Variante zur Bestimmung der Kul-minationszeit aus den Messwerten bietet die Me-thode der korrespondierenden Houmlhen Neben der traditionellen bdquoseemaumlnnischenldquo Houmlhen-messung mit dem Sextanten erlernen die Studenten beim Versuch die Anwendung eines kuumlnstlichen Horizonts eines Hilfsmittels das bei fehlender Kimm als Bezugspunkt der Winkelmessung das Spiegelbild der Sonne liefert Der Versuch erlaubt die Bestimmung des geografi-schen Ortes mit einer Genauigkeit von wenigen hundert Metern Ein Vergleich der Ergebnisse mit Angaben die mittels genauerer Verfahren erzielt wurden (Angaben auf Messtischblaumlttern oder GPS-Ergebnisse) ist ein guter Ausgangspunkt fuumlr die auch quantitative Diskussion der Fehler Im Astro-nomischen Praktikum werden die in den physikali-schen Praktika erworbenen Faumlhigkeiten und Fertig-keiten in der Fehlerrechnung angewendet 44 Argelandersche Stufenschaumltzung an veraumlnder-lichen Sternen auf Photoplatten Die Argelandersche Stufenschaumltzung ist eine in der Amateur- und teilweise auch in der professionellen Astronomie genutzte Methode zur relativen Pho-tometrie die das Auge als Strahlungsempfaumlnger nutzt Im Rahmen eines Praktikumsversuchs bietet sie einen guten Zugang zum astrophysikalisch wichtigen Zweig der Photometrie die in Folgever-suchen (siehe Abb1) bis hin zur modernen CCD-Photometrie betrieben wird Die von Argelander entwickelte Methode kann sowohl direkt am Sternenhimmel als auch an Hand seiner Abbildung auf Photoplatten oder CCD-Bildern betrieben werden was den Versuch fuumlr die Laborarbeit tauglich macht Bei der Methode der Argelanderschen Stufenschaumlt-zung wird die unbekannte Helligkeit eines Sterns im Idealfall zwischen den bekannten Helligkeiten zweier benachbart stehender Sterne bdquoeingepasstldquo wobei die Referenzsterne nicht all zuviel heller und schwaumlcher als der Stern unbekannter Helligkeit sein muumlssen Zur Erhoumlhung der Genauigkeit werden mehr als nur zwei Vergleichssterne herangezogen Kann die zu schaumltzende Helligkeit nicht eingepasst werden (wenn kein hellerer oder schwaumlcherer Stern in der Naumlhe zur Verfuumlgung steht) dann kann mittels der persoumlnlichen Schaumltzstufenhoumlhe auf die unbe-

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Das Astronomische Praktikum an der Universitaumlt Jena - Moderne und Tradition

kannte Helligkeit geschlossen werden Die Be-stimmung der persoumlnlichen Stufenhoumlhe kann gra-fisch erfolgen eine Methode die im Rahmen des Praktikums sehr willkommen ist Die Anwendung der Argelanderschen Stufen-schaumltzmethode konzentriert sich auf die Beobach-tung von Objekten veraumlnderlicher Helligkeit Im vorliegenden Versuch steht die Aufgabe die Perio-dendauer veraumlnderlicher Sterne aus Helligkeits-schaumltzungen abzuleiten Dazu werden Photoplatten zur Verfuumlgung gestellt die in zeitlicher Folge von einem bestimmten Sternfeld gewonnen wurden Eine Schwierigkeit besteht darin die auf der Photo-platte abgebildeten Sterne auf der zur Verfuumlgung gestellten Sternkarte zu identifizieren Dazu muss der Abbildungsmaszligstab bestimmt und angewendet werden Nachdem mit Hilfe der Sternkarte der veraumlnderliche Stern aufgesucht wurde kommt zur Kontrolle der richtigen Identifikation ein Stereo-komparator zum Einsatz Mit der Anwendung dieses Geraumlts wird gleichzeitig prinzipiell de-monstriert wie helligkeits- und ortsveraumlnderliche Himmelsobjekte aufgefunden werden koumlnnen Die Photoplatten als bdquoBeobachtungskonservenldquo erlauben in einer Art bdquoZeitrafferldquo die Bestimmung der veraumlnderlichen Helligkeit wozu ansonsten in der Regel viele Beobachtungsabende noumltig waumlren 45 Photographische Spektralklassifikation Die Spektroskopie ist ein weiterer wesentlicher Zweig der Astrophysik der im Astronomischen Praktikum Beachtung finden muss Der dazu vor-liegende Versuch wurde als Laborversuch konzi-piert weil die Gewinnung eines bdquoergiebigenldquo Spektrums eines groumlszligeren Teleskops bedarf wel-ches dem Praktikum (zumindest in der gewuumlnschten Ausstattung) nicht zur Verfuumlgung steht Die prakti-sche Arbeit beginnt also damit die auf Photoplatten vorliegenden Spektren zu registrieren d h ihre Schwaumlrzungsverlaumlufe (Grad der Schwaumlrzung in Abhaumlngigkeit von der Plattenposition in Richtung des Spektrums gemessen) zu erfassen Die eigene Registrierung der Schwaumlrzungsverlaumlufe erfordert von den Praktikanten die sachgerechte Anwendung eines Schnellphotometers und ermoumlglicht so di-rekte Beruumlhrungspunkte mit der Fehlerproblematik (Rauschen und Signal Plattenfehler ) Auch wenn die Spektren nicht selbst gewonnen wurden so erlaubt die Auswertung der registrierten Schwaumlrzungsverlaumlufe den Praktikanten doch Ruumlck-schluumlsse auf Eigenschaften des verwendeten Spektrographen (Dispersionskurve spektrale Auf-loumlsung) Die zentrale Taumltigkeit der Spektrenauswertung ist die Linienidentifikation Anders als im professio-nellen Bereich werden dazu jedoch keine Referenz-spektren die uumlblicherweise von einer Referenzquel-le simultan zum Objektspektrum mit derselben Empfangsanordnung gewonnen werden zu Rate gezogen Lehrreicher erscheint der Weg zwei Spektren zu registrieren eins von einem unbekann-ten Stern und eins von einem bekannten Stern

dessen Spektraltyp derart ist dass markante Spek-trallinien offensichtlich sind (Balmerlinien bei einem A-Stern) Die aufgefundenen Balmerlinien erlauben die grobe Kalibrierung des registrierten Schwaumlrzungsverlaufes (Erstellung einer Wellenlaumln-genskala) die die Grundlage fuumlr das Auffinden weiterer Linien und die Verbesserung der Kalibrie-rung ist Die Kontrolle ob dieser Handlungsablauf den Praktikanten fuumlr die Versuchsauswertung klar ist sollte zum Inhalt eines Praktikumsgespraumlches gehoumlren Mittels der erarbeiteten Wellenlaumlngenskala koumlnnen die Spektrallinien des unbekannten Sterns aufge-sucht werden Das Vorhandensein bestimmter Li-nien und ihre Auspraumlgung geben dann die entschei-denden Hinweise auf den gesuchten Spektraltyp Dazu lernen die Studenten ein eindimensionales Schema zur Grobklassifikation (Handlungsanlei-tung) kennen und praktizieren dieses Der Begriff der Empfindlichkeitsfunktion nimmt fuumlr die Praktikanten im Zusammenhang mit dem Schwaumlrzungsverlauf konkrete Gestalt an Auch wenn im Rahmen des Versuchs keine Transforma-tion des registrierten Schwaumlrzungsverlaufes in den spektralen Intensitaumltsverlauf praktiziert wird (dazu waumlre die genaue Kenntnis der zudem noch wellen-laumlngenabhaumlngigen Schwaumlrzungskurve noumltig) so muss diese bei der Linienbeschreibung doch Beach-tung finden 46 CCD-Aufnahmen eines offenen Sternhaufens mit dem 90-cm-Spiegelteleskop Die Arbeit an einem bdquoGroszligteleskopldquo ist eine reiz-volle Aufgabe die in einem astronomischen Prakti-kum einen direkten Einblick in die professionelle Beobachtung gibt Die Jenaer Universitaumlts-Sternwarte verfuumlgt uumlber ein 90-cm-Spiegelteleskop (Beobachtungsstation Groszligschwabhausen siehe Abb 8) welches als Schmidtspiegel (60 cm freie Oumlffnung bedingt durch die Groumlszlige der Korrektions-platte nach Schmidt) einsetzbar ist und somit ein Bildfeld besitzt das groszlig genug zur Abbildung offener Sternhaufen ist Als Empfaumlnger dient eine CCD-Kamera Das Teleskop bietet also die ideale Voraussetzung zur Sternhaufenphotometrie Mit der CCD-Technik lernen die Studenten nach der historisch gesehen wichtigen Methode der Pho-tographie die moderne Form der Datengewin-nung kennen Die Kenntnis von Aufbau und Wir-kungsweise einer CCD-Kamera wird ergaumlnzt durch die Faumlhigkeit und Fertigkeit zur Reduktion von CCD-Daten Relevante Begriffe wie z B bdquoDun-kelbildldquo bdquoFlatfieldldquo oder bdquoPixelsaumlttigungldquo erhalten beim Umgang mit der computergesteuerten CCD-Kamera auch auf praktischem Wege Bedeutung Viele in den Grundversuchen geuumlbte Taumltigkeiten sind beim vorliegenden Versuch von Bedeutung die Bestimmung der Sternzeit das Heraussuchen der Objektkoordinaten aus einem Jahrbuch die Einstellung des Fernrohrs nach Koordinaten der Umgang mit Umgebungskarten Ein neues Tauml-tigkeitsfeld eroumlffnet sich im Rahmen der Datenre-

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47 Simulation der Lichtkurve eines Bedeckungs-veraumlnderlichen

duktion die sich als zweiter Versuchsabschnitt der Datengewinnung anschlieszligt Hierbei lernen die Praktikanten die moderne Datenaufbereitung mit Hilfe der computergestuumltzten Bildverarbeitung kennen wobei sie den Umgang mit einer typi-schen Bedienoberflaumlche uumlben Computergestuumltzte Taumltigkeiten sind im Lehrbetrieb jedoch nur sinn-voll wenn sie mit Verstaumlndnis und nicht bdquorein me-chanischldquo ausgefuumlhrt werden Es gilt also die Wir-kungsweise von Bildverarbeitungsroutinen zumin-dest im Prinzip zu verstehen und ihre Handhabung gesondert zu trainieren bevor sie als Werkzeuge zum Einsatz kommen koumlnnen

Die Simulation der Lichtkurve eines bedeckungs-veraumlnderlichen Sterns legt den Schwerpunkt der Praktikumsarbeit auf die Dateninterpretation (Interpretation einer Lichtkurve) Der Versuch schlieszligt sich direkt an den Versuch zur visuellen Photometrie mittels der Argelanderschen Stufen-schaumltzmethode an der verdeutlicht wie eine Licht-kurve zustande kommen kann Die Interpretation einer Lichtkurve basiert auf ei-nem Modell dessen Anwendung bei Verwendung der richtigen Parameter die beobachteten Daten wiedergibt (simuliert) Die im Praktikumsversuch durchgefuumlhrte Lichtkurvensimulation (siehe Abb 9) basiert auf dem Modell eines bedeckungsveraumln-derlichen Doppelsternsystems mit verschiedenen variierbaren Parametern (Sterndurchmesser groszlige Bahnhalbachsen Exzentrizitaumlt Bahnneigung ) Ein derartiges Modell ist effektiv nur mittels eines Computerprogramms anwendbar Der Versuch demonstriert so in uumlberzeugender Art und Weise die Anwendung des Computers als moderne In-terpretationshilfe

Abbildung 7 Ein Student identifiziert sein Beo-bachtungsobjekt am Sucherfernrohr des 90-cm-Teleskops der Universitaumlts-Sternwarte Abbildung 9 Der Bildschirm des Praktikums-

computers zeigt die simulierte Lichtkurve des Sterns V 1143 Cyg eines Bedeckungsveraumlnderli-chen vom Algol-Typ Parameter der Simulation Helligkeiten der Doppelsternkomponenten A und B mA=6m5 und mB=7m0 Radien der Doppel-sternkomponenten A und B in Einheiten der groszligen Bahnhalbachse rA=rB=006 Bahnexzentrizitaumlt e=054 Winkel zwischen der Apsidenlinie und der Projektion der Sichtlinie auf die Bahnebene Ap=135deg (gemessen ausgehend vom Periastron) Winkel zwischen der Bahnebene und der Sichtlinie i=87deg

Wie bereits erwaumlhnt muss der Nutzung eines Com-puterprogramms zu Lehrzwecken dessen Kennen-lernen vorausgehen Entsprechend ist die Aufga-benstellung zweigeteilt Im ersten Versuchsab-schnitt muumlssen die typischen Lichtkurven bede-

Abbildung 8 Beobachtungsstation der Universi-taumlts-Sternwarte Jena in Groszligschwabhausen

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Das Astronomische Praktikum an der Universitaumlt Jena - Moderne und Tradition

ckungsveraumlnderlicher Sterne verschiedener Klassen (W-Ursae-Majoris-Sterne β-Lyrae-Sterne Algol-Sterne) in bdquoNormalkonstellationldquo simuliert werden Die folgende Untersuchung des Einflusses der Bahnexzentrizitaumlt der Bahnneigung und des Win-kels zwischen Sicht- und Apsidenlinie ist wichtig um die Konsequenzen der Abweichung von der bdquoNormalkonstellationldquo auf das Aussehen der Licht-kurve zu bestimmen Im zweiten Versuchsabschnitt steht dann die Aufgabe auf Grundlage der Simula-tion der vorgegebenen Lichtkurve eines unbekann-ten Bedeckungsveraumlnderlichen dessen Parameter zu bestimmen und den Stern letztlich zu klassifizieren Der Umgang mit dem Simulationsprogramm erfor-dert die Anwendung der in der Grundlagenvorle-sung erworbenen Kenntnisse zu Bahnelementen von Doppelsternsystemen und vertieft diese durch die anschauliche Sicht auf den Zusammenhang zwischen Bahnelementen und Lichtkurve 48 Erstellung und Interpretation von Polarisati-onskarten Dieser Versuch repraumlsentiert einen modernen Zweig der Astrophysik ndash die Polarimetrie Er komplettiert die im Praktikum betrachtete Vielfalt der Moumlglichkeiten der Informationsgewinnung aus der elektromagnetischen Strahlung der kosmischen Objekte Im Versuch werden Inhalte der Astrophysik aufge-griffen die eher Stoff einer astrophysikalischen Spezialvorlesung und zum Teil Stoff von Vorle-sungen der Experimentalphysik sind (kosmische Objekte mit polarisierter Strahlung Polarisations-mechanismen Messung der Polarisation Be-schreibung der Polarisation mit Hilfe der Stokes-Parameter bipolare Reflexionsnebel typische Muster in Polarisationskarten ) Womoumlglich fehlende Grundlagen gilt es daher durch eine aus-fuumlhrliche Darstellung im Praktikumsbuch (Reimann u a 2000) und durch eine enge Praktikums-betreuung zu kompensieren Ein zu Lehrzwecken erstelltes Computerprogramm (Doumlring 1999) wel-ches die Ausbreitung die Transformation und die Analyse von polarisiertem Licht anschaulich simu-liert erleichtert den Studenten den Zugang zum Gebiet der Polarimetrie Aufgrund der Komplexitaumlt der Aufgaben findet dieser Versuch an zwei Praktikumstagen statt und zaumlhlt auch entsprechend doppelt Zur Erstellung von Polarisationskarten bedarf es des Umgangs mit einer Reihe von Bildverarbeitungsroutinen deren Beherrschung es im Vorfeld zu erlernen gilt Ziel des zweiten Versuchstages ist die Erstellung und Anwendung eines kleinen Bildverarbeitungspro-gramms das letztlich aus einer Reihe von nachein-ander abzuarbeitenden Bildverarbeitungsroutinen besteht Der Versuch basiert auf bdquoDatenkonservenldquo die zum Teil mit dem 35-m-Teleskop auf dem Calar Alto (Suumldspanien) gewonnen wurden Die Nutzung von Beobachtungsdaten der professionellen Astro-

nomie gibt dem Praktikum eine offensichtliche Praxisnaumlhe 5 Ausblick Das Jenaer Astronomische Praktikum ist eine be-waumlhrte Lehrveranstaltung die von der Tradition und von der Moderne lebt Bewaumlhrt Lehrreiches wird fortgefuumlhrt moderne Inhalte werden ergaumlnzt oder im Austausch zu uumlberkommenen eingefuumlgt Neue Versuche koumlnnten z B den Blick auf die Astronomie bei anderen Wellenlaumlngen (Allwelle-nastronomie) richten oder neuartige Moumlglichkeiten der Beobachtung mit ferngesteuerten Teleskopen nutzen Aktuelle Ereignisse am Sternenhimmel waumlren auch Anlass zum Einschub passender Prakti-kumsprojekte In einer anderen organisatorischen Variante koumlnnte das Astronomische Praktikum konzentriert als Blockpraktikum ablaufen Der rote Faden im Prak-tikum kaumlme dadurch weitaus besser zum Tragen die Beobachtungen koumlnnten ohne zeitliche Limitie-rung erfolgen und waumlren nicht unbedingt auf einen Versuch beschraumlnkt und es wuumlrde sofort Zeit fuumlr die Anfertigung der Protokolle zur Verfuumlgung stehen Das Blockpraktikum muumlsste in einem ca zweiwouml-chigen Zeitraum waumlhrend der vorlesungsfreien Zeit stattfinden Hinsichtlich der Witterungs- und Hel-ligkeitsverhaumlltnisse bietet sich dazu der Monat September an (Nachtbeobachtung ab ca 1900 Uhr) Die neuen Kommunikationsmoumlglichkeiten werden es den Studenten moumlglich machen sich uumlber das Stattfinden oder Nichtstattfinden einer Praktikums-veranstaltung zu informieren so dass das Problem der verschiedenen Interpretation der Wetterverhaumllt-nisse geloumlst werden kann

Abbildung 10 Im Teleskop- und Geraumltekontroll-raum der Beobachtungsstation Groszligschwabhausen Das Astronomische Praktikum laumluft im engen Kon-takt zwischen Betreuern und Studenten ab (rechts im Bild der im Mai 2000 toumldlich verungluumlckte Praktikumsleiter Hans-Georg Reimann)

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6 Quellen und Literatur [1] Doumlring R SIMPOL99 Simulationen zur Aus-

breitung Transformation und Analyse von pola-risiertem Licht Staatsexamensarbeit FSU Jena 1999

[2] Reimann H-G Fischer O Friedemann Ch Schielicke R Kompendium fuumlr das Astrono-mische Praktikum Universitaumlts-Sternwarte Je-na 2000 abrufbar unter httpwwwastrouni-jenade Sternwartepresentationpra2002 indexhtml

Der Autor widmet diesen Artikel seinem Kollegen Hans-Georg Reimann Universitaumlts-Sternwarte Jena der waumlhrend einer Dienstreise im Auftrag der Europaumlischen Suumldsternwarte ESO in Chile toumldlich verungluumlckte Dr Reimann leitete das Ast-ronomische Praktikum seit mehr als zehn Jahren und entwickelte es in dieser Zeit maszliggeblich weiter

Das Astronomische Praktikum an der Universitaumlt Jena - Moderne und Tradition

kannte Helligkeit geschlossen werden Die Be-stimmung der persoumlnlichen Stufenhoumlhe kann gra-fisch erfolgen eine Methode die im Rahmen des Praktikums sehr willkommen ist Die Anwendung der Argelanderschen Stufen-schaumltzmethode konzentriert sich auf die Beobach-tung von Objekten veraumlnderlicher Helligkeit Im vorliegenden Versuch steht die Aufgabe die Perio-dendauer veraumlnderlicher Sterne aus Helligkeits-schaumltzungen abzuleiten Dazu werden Photoplatten zur Verfuumlgung gestellt die in zeitlicher Folge von einem bestimmten Sternfeld gewonnen wurden Eine Schwierigkeit besteht darin die auf der Photo-platte abgebildeten Sterne auf der zur Verfuumlgung gestellten Sternkarte zu identifizieren Dazu muss der Abbildungsmaszligstab bestimmt und angewendet werden Nachdem mit Hilfe der Sternkarte der veraumlnderliche Stern aufgesucht wurde kommt zur Kontrolle der richtigen Identifikation ein Stereo-komparator zum Einsatz Mit der Anwendung dieses Geraumlts wird gleichzeitig prinzipiell de-monstriert wie helligkeits- und ortsveraumlnderliche Himmelsobjekte aufgefunden werden koumlnnen Die Photoplatten als bdquoBeobachtungskonservenldquo erlauben in einer Art bdquoZeitrafferldquo die Bestimmung der veraumlnderlichen Helligkeit wozu ansonsten in der Regel viele Beobachtungsabende noumltig waumlren 45 Photographische Spektralklassifikation Die Spektroskopie ist ein weiterer wesentlicher Zweig der Astrophysik der im Astronomischen Praktikum Beachtung finden muss Der dazu vor-liegende Versuch wurde als Laborversuch konzi-piert weil die Gewinnung eines bdquoergiebigenldquo Spektrums eines groumlszligeren Teleskops bedarf wel-ches dem Praktikum (zumindest in der gewuumlnschten Ausstattung) nicht zur Verfuumlgung steht Die prakti-sche Arbeit beginnt also damit die auf Photoplatten vorliegenden Spektren zu registrieren d h ihre Schwaumlrzungsverlaumlufe (Grad der Schwaumlrzung in Abhaumlngigkeit von der Plattenposition in Richtung des Spektrums gemessen) zu erfassen Die eigene Registrierung der Schwaumlrzungsverlaumlufe erfordert von den Praktikanten die sachgerechte Anwendung eines Schnellphotometers und ermoumlglicht so di-rekte Beruumlhrungspunkte mit der Fehlerproblematik (Rauschen und Signal Plattenfehler ) Auch wenn die Spektren nicht selbst gewonnen wurden so erlaubt die Auswertung der registrierten Schwaumlrzungsverlaumlufe den Praktikanten doch Ruumlck-schluumlsse auf Eigenschaften des verwendeten Spektrographen (Dispersionskurve spektrale Auf-loumlsung) Die zentrale Taumltigkeit der Spektrenauswertung ist die Linienidentifikation Anders als im professio-nellen Bereich werden dazu jedoch keine Referenz-spektren die uumlblicherweise von einer Referenzquel-le simultan zum Objektspektrum mit derselben Empfangsanordnung gewonnen werden zu Rate gezogen Lehrreicher erscheint der Weg zwei Spektren zu registrieren eins von einem unbekann-ten Stern und eins von einem bekannten Stern

dessen Spektraltyp derart ist dass markante Spek-trallinien offensichtlich sind (Balmerlinien bei einem A-Stern) Die aufgefundenen Balmerlinien erlauben die grobe Kalibrierung des registrierten Schwaumlrzungsverlaufes (Erstellung einer Wellenlaumln-genskala) die die Grundlage fuumlr das Auffinden weiterer Linien und die Verbesserung der Kalibrie-rung ist Die Kontrolle ob dieser Handlungsablauf den Praktikanten fuumlr die Versuchsauswertung klar ist sollte zum Inhalt eines Praktikumsgespraumlches gehoumlren Mittels der erarbeiteten Wellenlaumlngenskala koumlnnen die Spektrallinien des unbekannten Sterns aufge-sucht werden Das Vorhandensein bestimmter Li-nien und ihre Auspraumlgung geben dann die entschei-denden Hinweise auf den gesuchten Spektraltyp Dazu lernen die Studenten ein eindimensionales Schema zur Grobklassifikation (Handlungsanlei-tung) kennen und praktizieren dieses Der Begriff der Empfindlichkeitsfunktion nimmt fuumlr die Praktikanten im Zusammenhang mit dem Schwaumlrzungsverlauf konkrete Gestalt an Auch wenn im Rahmen des Versuchs keine Transforma-tion des registrierten Schwaumlrzungsverlaufes in den spektralen Intensitaumltsverlauf praktiziert wird (dazu waumlre die genaue Kenntnis der zudem noch wellen-laumlngenabhaumlngigen Schwaumlrzungskurve noumltig) so muss diese bei der Linienbeschreibung doch Beach-tung finden 46 CCD-Aufnahmen eines offenen Sternhaufens mit dem 90-cm-Spiegelteleskop Die Arbeit an einem bdquoGroszligteleskopldquo ist eine reiz-volle Aufgabe die in einem astronomischen Prakti-kum einen direkten Einblick in die professionelle Beobachtung gibt Die Jenaer Universitaumlts-Sternwarte verfuumlgt uumlber ein 90-cm-Spiegelteleskop (Beobachtungsstation Groszligschwabhausen siehe Abb 8) welches als Schmidtspiegel (60 cm freie Oumlffnung bedingt durch die Groumlszlige der Korrektions-platte nach Schmidt) einsetzbar ist und somit ein Bildfeld besitzt das groszlig genug zur Abbildung offener Sternhaufen ist Als Empfaumlnger dient eine CCD-Kamera Das Teleskop bietet also die ideale Voraussetzung zur Sternhaufenphotometrie Mit der CCD-Technik lernen die Studenten nach der historisch gesehen wichtigen Methode der Pho-tographie die moderne Form der Datengewin-nung kennen Die Kenntnis von Aufbau und Wir-kungsweise einer CCD-Kamera wird ergaumlnzt durch die Faumlhigkeit und Fertigkeit zur Reduktion von CCD-Daten Relevante Begriffe wie z B bdquoDun-kelbildldquo bdquoFlatfieldldquo oder bdquoPixelsaumlttigungldquo erhalten beim Umgang mit der computergesteuerten CCD-Kamera auch auf praktischem Wege Bedeutung Viele in den Grundversuchen geuumlbte Taumltigkeiten sind beim vorliegenden Versuch von Bedeutung die Bestimmung der Sternzeit das Heraussuchen der Objektkoordinaten aus einem Jahrbuch die Einstellung des Fernrohrs nach Koordinaten der Umgang mit Umgebungskarten Ein neues Tauml-tigkeitsfeld eroumlffnet sich im Rahmen der Datenre-

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Fischer

47 Simulation der Lichtkurve eines Bedeckungs-veraumlnderlichen

duktion die sich als zweiter Versuchsabschnitt der Datengewinnung anschlieszligt Hierbei lernen die Praktikanten die moderne Datenaufbereitung mit Hilfe der computergestuumltzten Bildverarbeitung kennen wobei sie den Umgang mit einer typi-schen Bedienoberflaumlche uumlben Computergestuumltzte Taumltigkeiten sind im Lehrbetrieb jedoch nur sinn-voll wenn sie mit Verstaumlndnis und nicht bdquorein me-chanischldquo ausgefuumlhrt werden Es gilt also die Wir-kungsweise von Bildverarbeitungsroutinen zumin-dest im Prinzip zu verstehen und ihre Handhabung gesondert zu trainieren bevor sie als Werkzeuge zum Einsatz kommen koumlnnen

Die Simulation der Lichtkurve eines bedeckungs-veraumlnderlichen Sterns legt den Schwerpunkt der Praktikumsarbeit auf die Dateninterpretation (Interpretation einer Lichtkurve) Der Versuch schlieszligt sich direkt an den Versuch zur visuellen Photometrie mittels der Argelanderschen Stufen-schaumltzmethode an der verdeutlicht wie eine Licht-kurve zustande kommen kann Die Interpretation einer Lichtkurve basiert auf ei-nem Modell dessen Anwendung bei Verwendung der richtigen Parameter die beobachteten Daten wiedergibt (simuliert) Die im Praktikumsversuch durchgefuumlhrte Lichtkurvensimulation (siehe Abb 9) basiert auf dem Modell eines bedeckungsveraumln-derlichen Doppelsternsystems mit verschiedenen variierbaren Parametern (Sterndurchmesser groszlige Bahnhalbachsen Exzentrizitaumlt Bahnneigung ) Ein derartiges Modell ist effektiv nur mittels eines Computerprogramms anwendbar Der Versuch demonstriert so in uumlberzeugender Art und Weise die Anwendung des Computers als moderne In-terpretationshilfe

Abbildung 7 Ein Student identifiziert sein Beo-bachtungsobjekt am Sucherfernrohr des 90-cm-Teleskops der Universitaumlts-Sternwarte Abbildung 9 Der Bildschirm des Praktikums-

computers zeigt die simulierte Lichtkurve des Sterns V 1143 Cyg eines Bedeckungsveraumlnderli-chen vom Algol-Typ Parameter der Simulation Helligkeiten der Doppelsternkomponenten A und B mA=6m5 und mB=7m0 Radien der Doppel-sternkomponenten A und B in Einheiten der groszligen Bahnhalbachse rA=rB=006 Bahnexzentrizitaumlt e=054 Winkel zwischen der Apsidenlinie und der Projektion der Sichtlinie auf die Bahnebene Ap=135deg (gemessen ausgehend vom Periastron) Winkel zwischen der Bahnebene und der Sichtlinie i=87deg

Wie bereits erwaumlhnt muss der Nutzung eines Com-puterprogramms zu Lehrzwecken dessen Kennen-lernen vorausgehen Entsprechend ist die Aufga-benstellung zweigeteilt Im ersten Versuchsab-schnitt muumlssen die typischen Lichtkurven bede-

Abbildung 8 Beobachtungsstation der Universi-taumlts-Sternwarte Jena in Groszligschwabhausen

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Das Astronomische Praktikum an der Universitaumlt Jena - Moderne und Tradition

ckungsveraumlnderlicher Sterne verschiedener Klassen (W-Ursae-Majoris-Sterne β-Lyrae-Sterne Algol-Sterne) in bdquoNormalkonstellationldquo simuliert werden Die folgende Untersuchung des Einflusses der Bahnexzentrizitaumlt der Bahnneigung und des Win-kels zwischen Sicht- und Apsidenlinie ist wichtig um die Konsequenzen der Abweichung von der bdquoNormalkonstellationldquo auf das Aussehen der Licht-kurve zu bestimmen Im zweiten Versuchsabschnitt steht dann die Aufgabe auf Grundlage der Simula-tion der vorgegebenen Lichtkurve eines unbekann-ten Bedeckungsveraumlnderlichen dessen Parameter zu bestimmen und den Stern letztlich zu klassifizieren Der Umgang mit dem Simulationsprogramm erfor-dert die Anwendung der in der Grundlagenvorle-sung erworbenen Kenntnisse zu Bahnelementen von Doppelsternsystemen und vertieft diese durch die anschauliche Sicht auf den Zusammenhang zwischen Bahnelementen und Lichtkurve 48 Erstellung und Interpretation von Polarisati-onskarten Dieser Versuch repraumlsentiert einen modernen Zweig der Astrophysik ndash die Polarimetrie Er komplettiert die im Praktikum betrachtete Vielfalt der Moumlglichkeiten der Informationsgewinnung aus der elektromagnetischen Strahlung der kosmischen Objekte Im Versuch werden Inhalte der Astrophysik aufge-griffen die eher Stoff einer astrophysikalischen Spezialvorlesung und zum Teil Stoff von Vorle-sungen der Experimentalphysik sind (kosmische Objekte mit polarisierter Strahlung Polarisations-mechanismen Messung der Polarisation Be-schreibung der Polarisation mit Hilfe der Stokes-Parameter bipolare Reflexionsnebel typische Muster in Polarisationskarten ) Womoumlglich fehlende Grundlagen gilt es daher durch eine aus-fuumlhrliche Darstellung im Praktikumsbuch (Reimann u a 2000) und durch eine enge Praktikums-betreuung zu kompensieren Ein zu Lehrzwecken erstelltes Computerprogramm (Doumlring 1999) wel-ches die Ausbreitung die Transformation und die Analyse von polarisiertem Licht anschaulich simu-liert erleichtert den Studenten den Zugang zum Gebiet der Polarimetrie Aufgrund der Komplexitaumlt der Aufgaben findet dieser Versuch an zwei Praktikumstagen statt und zaumlhlt auch entsprechend doppelt Zur Erstellung von Polarisationskarten bedarf es des Umgangs mit einer Reihe von Bildverarbeitungsroutinen deren Beherrschung es im Vorfeld zu erlernen gilt Ziel des zweiten Versuchstages ist die Erstellung und Anwendung eines kleinen Bildverarbeitungspro-gramms das letztlich aus einer Reihe von nachein-ander abzuarbeitenden Bildverarbeitungsroutinen besteht Der Versuch basiert auf bdquoDatenkonservenldquo die zum Teil mit dem 35-m-Teleskop auf dem Calar Alto (Suumldspanien) gewonnen wurden Die Nutzung von Beobachtungsdaten der professionellen Astro-

nomie gibt dem Praktikum eine offensichtliche Praxisnaumlhe 5 Ausblick Das Jenaer Astronomische Praktikum ist eine be-waumlhrte Lehrveranstaltung die von der Tradition und von der Moderne lebt Bewaumlhrt Lehrreiches wird fortgefuumlhrt moderne Inhalte werden ergaumlnzt oder im Austausch zu uumlberkommenen eingefuumlgt Neue Versuche koumlnnten z B den Blick auf die Astronomie bei anderen Wellenlaumlngen (Allwelle-nastronomie) richten oder neuartige Moumlglichkeiten der Beobachtung mit ferngesteuerten Teleskopen nutzen Aktuelle Ereignisse am Sternenhimmel waumlren auch Anlass zum Einschub passender Prakti-kumsprojekte In einer anderen organisatorischen Variante koumlnnte das Astronomische Praktikum konzentriert als Blockpraktikum ablaufen Der rote Faden im Prak-tikum kaumlme dadurch weitaus besser zum Tragen die Beobachtungen koumlnnten ohne zeitliche Limitie-rung erfolgen und waumlren nicht unbedingt auf einen Versuch beschraumlnkt und es wuumlrde sofort Zeit fuumlr die Anfertigung der Protokolle zur Verfuumlgung stehen Das Blockpraktikum muumlsste in einem ca zweiwouml-chigen Zeitraum waumlhrend der vorlesungsfreien Zeit stattfinden Hinsichtlich der Witterungs- und Hel-ligkeitsverhaumlltnisse bietet sich dazu der Monat September an (Nachtbeobachtung ab ca 1900 Uhr) Die neuen Kommunikationsmoumlglichkeiten werden es den Studenten moumlglich machen sich uumlber das Stattfinden oder Nichtstattfinden einer Praktikums-veranstaltung zu informieren so dass das Problem der verschiedenen Interpretation der Wetterverhaumllt-nisse geloumlst werden kann

Abbildung 10 Im Teleskop- und Geraumltekontroll-raum der Beobachtungsstation Groszligschwabhausen Das Astronomische Praktikum laumluft im engen Kon-takt zwischen Betreuern und Studenten ab (rechts im Bild der im Mai 2000 toumldlich verungluumlckte Praktikumsleiter Hans-Georg Reimann)

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6 Quellen und Literatur [1] Doumlring R SIMPOL99 Simulationen zur Aus-

breitung Transformation und Analyse von pola-risiertem Licht Staatsexamensarbeit FSU Jena 1999

[2] Reimann H-G Fischer O Friedemann Ch Schielicke R Kompendium fuumlr das Astrono-mische Praktikum Universitaumlts-Sternwarte Je-na 2000 abrufbar unter httpwwwastrouni-jenade Sternwartepresentationpra2002 indexhtml

Der Autor widmet diesen Artikel seinem Kollegen Hans-Georg Reimann Universitaumlts-Sternwarte Jena der waumlhrend einer Dienstreise im Auftrag der Europaumlischen Suumldsternwarte ESO in Chile toumldlich verungluumlckte Dr Reimann leitete das Ast-ronomische Praktikum seit mehr als zehn Jahren und entwickelte es in dieser Zeit maszliggeblich weiter

Fischer

47 Simulation der Lichtkurve eines Bedeckungs-veraumlnderlichen

duktion die sich als zweiter Versuchsabschnitt der Datengewinnung anschlieszligt Hierbei lernen die Praktikanten die moderne Datenaufbereitung mit Hilfe der computergestuumltzten Bildverarbeitung kennen wobei sie den Umgang mit einer typi-schen Bedienoberflaumlche uumlben Computergestuumltzte Taumltigkeiten sind im Lehrbetrieb jedoch nur sinn-voll wenn sie mit Verstaumlndnis und nicht bdquorein me-chanischldquo ausgefuumlhrt werden Es gilt also die Wir-kungsweise von Bildverarbeitungsroutinen zumin-dest im Prinzip zu verstehen und ihre Handhabung gesondert zu trainieren bevor sie als Werkzeuge zum Einsatz kommen koumlnnen

Die Simulation der Lichtkurve eines bedeckungs-veraumlnderlichen Sterns legt den Schwerpunkt der Praktikumsarbeit auf die Dateninterpretation (Interpretation einer Lichtkurve) Der Versuch schlieszligt sich direkt an den Versuch zur visuellen Photometrie mittels der Argelanderschen Stufen-schaumltzmethode an der verdeutlicht wie eine Licht-kurve zustande kommen kann Die Interpretation einer Lichtkurve basiert auf ei-nem Modell dessen Anwendung bei Verwendung der richtigen Parameter die beobachteten Daten wiedergibt (simuliert) Die im Praktikumsversuch durchgefuumlhrte Lichtkurvensimulation (siehe Abb 9) basiert auf dem Modell eines bedeckungsveraumln-derlichen Doppelsternsystems mit verschiedenen variierbaren Parametern (Sterndurchmesser groszlige Bahnhalbachsen Exzentrizitaumlt Bahnneigung ) Ein derartiges Modell ist effektiv nur mittels eines Computerprogramms anwendbar Der Versuch demonstriert so in uumlberzeugender Art und Weise die Anwendung des Computers als moderne In-terpretationshilfe

Abbildung 7 Ein Student identifiziert sein Beo-bachtungsobjekt am Sucherfernrohr des 90-cm-Teleskops der Universitaumlts-Sternwarte Abbildung 9 Der Bildschirm des Praktikums-

computers zeigt die simulierte Lichtkurve des Sterns V 1143 Cyg eines Bedeckungsveraumlnderli-chen vom Algol-Typ Parameter der Simulation Helligkeiten der Doppelsternkomponenten A und B mA=6m5 und mB=7m0 Radien der Doppel-sternkomponenten A und B in Einheiten der groszligen Bahnhalbachse rA=rB=006 Bahnexzentrizitaumlt e=054 Winkel zwischen der Apsidenlinie und der Projektion der Sichtlinie auf die Bahnebene Ap=135deg (gemessen ausgehend vom Periastron) Winkel zwischen der Bahnebene und der Sichtlinie i=87deg

Wie bereits erwaumlhnt muss der Nutzung eines Com-puterprogramms zu Lehrzwecken dessen Kennen-lernen vorausgehen Entsprechend ist die Aufga-benstellung zweigeteilt Im ersten Versuchsab-schnitt muumlssen die typischen Lichtkurven bede-

Abbildung 8 Beobachtungsstation der Universi-taumlts-Sternwarte Jena in Groszligschwabhausen

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Das Astronomische Praktikum an der Universitaumlt Jena - Moderne und Tradition

ckungsveraumlnderlicher Sterne verschiedener Klassen (W-Ursae-Majoris-Sterne β-Lyrae-Sterne Algol-Sterne) in bdquoNormalkonstellationldquo simuliert werden Die folgende Untersuchung des Einflusses der Bahnexzentrizitaumlt der Bahnneigung und des Win-kels zwischen Sicht- und Apsidenlinie ist wichtig um die Konsequenzen der Abweichung von der bdquoNormalkonstellationldquo auf das Aussehen der Licht-kurve zu bestimmen Im zweiten Versuchsabschnitt steht dann die Aufgabe auf Grundlage der Simula-tion der vorgegebenen Lichtkurve eines unbekann-ten Bedeckungsveraumlnderlichen dessen Parameter zu bestimmen und den Stern letztlich zu klassifizieren Der Umgang mit dem Simulationsprogramm erfor-dert die Anwendung der in der Grundlagenvorle-sung erworbenen Kenntnisse zu Bahnelementen von Doppelsternsystemen und vertieft diese durch die anschauliche Sicht auf den Zusammenhang zwischen Bahnelementen und Lichtkurve 48 Erstellung und Interpretation von Polarisati-onskarten Dieser Versuch repraumlsentiert einen modernen Zweig der Astrophysik ndash die Polarimetrie Er komplettiert die im Praktikum betrachtete Vielfalt der Moumlglichkeiten der Informationsgewinnung aus der elektromagnetischen Strahlung der kosmischen Objekte Im Versuch werden Inhalte der Astrophysik aufge-griffen die eher Stoff einer astrophysikalischen Spezialvorlesung und zum Teil Stoff von Vorle-sungen der Experimentalphysik sind (kosmische Objekte mit polarisierter Strahlung Polarisations-mechanismen Messung der Polarisation Be-schreibung der Polarisation mit Hilfe der Stokes-Parameter bipolare Reflexionsnebel typische Muster in Polarisationskarten ) Womoumlglich fehlende Grundlagen gilt es daher durch eine aus-fuumlhrliche Darstellung im Praktikumsbuch (Reimann u a 2000) und durch eine enge Praktikums-betreuung zu kompensieren Ein zu Lehrzwecken erstelltes Computerprogramm (Doumlring 1999) wel-ches die Ausbreitung die Transformation und die Analyse von polarisiertem Licht anschaulich simu-liert erleichtert den Studenten den Zugang zum Gebiet der Polarimetrie Aufgrund der Komplexitaumlt der Aufgaben findet dieser Versuch an zwei Praktikumstagen statt und zaumlhlt auch entsprechend doppelt Zur Erstellung von Polarisationskarten bedarf es des Umgangs mit einer Reihe von Bildverarbeitungsroutinen deren Beherrschung es im Vorfeld zu erlernen gilt Ziel des zweiten Versuchstages ist die Erstellung und Anwendung eines kleinen Bildverarbeitungspro-gramms das letztlich aus einer Reihe von nachein-ander abzuarbeitenden Bildverarbeitungsroutinen besteht Der Versuch basiert auf bdquoDatenkonservenldquo die zum Teil mit dem 35-m-Teleskop auf dem Calar Alto (Suumldspanien) gewonnen wurden Die Nutzung von Beobachtungsdaten der professionellen Astro-

nomie gibt dem Praktikum eine offensichtliche Praxisnaumlhe 5 Ausblick Das Jenaer Astronomische Praktikum ist eine be-waumlhrte Lehrveranstaltung die von der Tradition und von der Moderne lebt Bewaumlhrt Lehrreiches wird fortgefuumlhrt moderne Inhalte werden ergaumlnzt oder im Austausch zu uumlberkommenen eingefuumlgt Neue Versuche koumlnnten z B den Blick auf die Astronomie bei anderen Wellenlaumlngen (Allwelle-nastronomie) richten oder neuartige Moumlglichkeiten der Beobachtung mit ferngesteuerten Teleskopen nutzen Aktuelle Ereignisse am Sternenhimmel waumlren auch Anlass zum Einschub passender Prakti-kumsprojekte In einer anderen organisatorischen Variante koumlnnte das Astronomische Praktikum konzentriert als Blockpraktikum ablaufen Der rote Faden im Prak-tikum kaumlme dadurch weitaus besser zum Tragen die Beobachtungen koumlnnten ohne zeitliche Limitie-rung erfolgen und waumlren nicht unbedingt auf einen Versuch beschraumlnkt und es wuumlrde sofort Zeit fuumlr die Anfertigung der Protokolle zur Verfuumlgung stehen Das Blockpraktikum muumlsste in einem ca zweiwouml-chigen Zeitraum waumlhrend der vorlesungsfreien Zeit stattfinden Hinsichtlich der Witterungs- und Hel-ligkeitsverhaumlltnisse bietet sich dazu der Monat September an (Nachtbeobachtung ab ca 1900 Uhr) Die neuen Kommunikationsmoumlglichkeiten werden es den Studenten moumlglich machen sich uumlber das Stattfinden oder Nichtstattfinden einer Praktikums-veranstaltung zu informieren so dass das Problem der verschiedenen Interpretation der Wetterverhaumllt-nisse geloumlst werden kann

Abbildung 10 Im Teleskop- und Geraumltekontroll-raum der Beobachtungsstation Groszligschwabhausen Das Astronomische Praktikum laumluft im engen Kon-takt zwischen Betreuern und Studenten ab (rechts im Bild der im Mai 2000 toumldlich verungluumlckte Praktikumsleiter Hans-Georg Reimann)

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6 Quellen und Literatur [1] Doumlring R SIMPOL99 Simulationen zur Aus-

breitung Transformation und Analyse von pola-risiertem Licht Staatsexamensarbeit FSU Jena 1999

[2] Reimann H-G Fischer O Friedemann Ch Schielicke R Kompendium fuumlr das Astrono-mische Praktikum Universitaumlts-Sternwarte Je-na 2000 abrufbar unter httpwwwastrouni-jenade Sternwartepresentationpra2002 indexhtml

Der Autor widmet diesen Artikel seinem Kollegen Hans-Georg Reimann Universitaumlts-Sternwarte Jena der waumlhrend einer Dienstreise im Auftrag der Europaumlischen Suumldsternwarte ESO in Chile toumldlich verungluumlckte Dr Reimann leitete das Ast-ronomische Praktikum seit mehr als zehn Jahren und entwickelte es in dieser Zeit maszliggeblich weiter

Das Astronomische Praktikum an der Universitaumlt Jena - Moderne und Tradition

ckungsveraumlnderlicher Sterne verschiedener Klassen (W-Ursae-Majoris-Sterne β-Lyrae-Sterne Algol-Sterne) in bdquoNormalkonstellationldquo simuliert werden Die folgende Untersuchung des Einflusses der Bahnexzentrizitaumlt der Bahnneigung und des Win-kels zwischen Sicht- und Apsidenlinie ist wichtig um die Konsequenzen der Abweichung von der bdquoNormalkonstellationldquo auf das Aussehen der Licht-kurve zu bestimmen Im zweiten Versuchsabschnitt steht dann die Aufgabe auf Grundlage der Simula-tion der vorgegebenen Lichtkurve eines unbekann-ten Bedeckungsveraumlnderlichen dessen Parameter zu bestimmen und den Stern letztlich zu klassifizieren Der Umgang mit dem Simulationsprogramm erfor-dert die Anwendung der in der Grundlagenvorle-sung erworbenen Kenntnisse zu Bahnelementen von Doppelsternsystemen und vertieft diese durch die anschauliche Sicht auf den Zusammenhang zwischen Bahnelementen und Lichtkurve 48 Erstellung und Interpretation von Polarisati-onskarten Dieser Versuch repraumlsentiert einen modernen Zweig der Astrophysik ndash die Polarimetrie Er komplettiert die im Praktikum betrachtete Vielfalt der Moumlglichkeiten der Informationsgewinnung aus der elektromagnetischen Strahlung der kosmischen Objekte Im Versuch werden Inhalte der Astrophysik aufge-griffen die eher Stoff einer astrophysikalischen Spezialvorlesung und zum Teil Stoff von Vorle-sungen der Experimentalphysik sind (kosmische Objekte mit polarisierter Strahlung Polarisations-mechanismen Messung der Polarisation Be-schreibung der Polarisation mit Hilfe der Stokes-Parameter bipolare Reflexionsnebel typische Muster in Polarisationskarten ) Womoumlglich fehlende Grundlagen gilt es daher durch eine aus-fuumlhrliche Darstellung im Praktikumsbuch (Reimann u a 2000) und durch eine enge Praktikums-betreuung zu kompensieren Ein zu Lehrzwecken erstelltes Computerprogramm (Doumlring 1999) wel-ches die Ausbreitung die Transformation und die Analyse von polarisiertem Licht anschaulich simu-liert erleichtert den Studenten den Zugang zum Gebiet der Polarimetrie Aufgrund der Komplexitaumlt der Aufgaben findet dieser Versuch an zwei Praktikumstagen statt und zaumlhlt auch entsprechend doppelt Zur Erstellung von Polarisationskarten bedarf es des Umgangs mit einer Reihe von Bildverarbeitungsroutinen deren Beherrschung es im Vorfeld zu erlernen gilt Ziel des zweiten Versuchstages ist die Erstellung und Anwendung eines kleinen Bildverarbeitungspro-gramms das letztlich aus einer Reihe von nachein-ander abzuarbeitenden Bildverarbeitungsroutinen besteht Der Versuch basiert auf bdquoDatenkonservenldquo die zum Teil mit dem 35-m-Teleskop auf dem Calar Alto (Suumldspanien) gewonnen wurden Die Nutzung von Beobachtungsdaten der professionellen Astro-

nomie gibt dem Praktikum eine offensichtliche Praxisnaumlhe 5 Ausblick Das Jenaer Astronomische Praktikum ist eine be-waumlhrte Lehrveranstaltung die von der Tradition und von der Moderne lebt Bewaumlhrt Lehrreiches wird fortgefuumlhrt moderne Inhalte werden ergaumlnzt oder im Austausch zu uumlberkommenen eingefuumlgt Neue Versuche koumlnnten z B den Blick auf die Astronomie bei anderen Wellenlaumlngen (Allwelle-nastronomie) richten oder neuartige Moumlglichkeiten der Beobachtung mit ferngesteuerten Teleskopen nutzen Aktuelle Ereignisse am Sternenhimmel waumlren auch Anlass zum Einschub passender Prakti-kumsprojekte In einer anderen organisatorischen Variante koumlnnte das Astronomische Praktikum konzentriert als Blockpraktikum ablaufen Der rote Faden im Prak-tikum kaumlme dadurch weitaus besser zum Tragen die Beobachtungen koumlnnten ohne zeitliche Limitie-rung erfolgen und waumlren nicht unbedingt auf einen Versuch beschraumlnkt und es wuumlrde sofort Zeit fuumlr die Anfertigung der Protokolle zur Verfuumlgung stehen Das Blockpraktikum muumlsste in einem ca zweiwouml-chigen Zeitraum waumlhrend der vorlesungsfreien Zeit stattfinden Hinsichtlich der Witterungs- und Hel-ligkeitsverhaumlltnisse bietet sich dazu der Monat September an (Nachtbeobachtung ab ca 1900 Uhr) Die neuen Kommunikationsmoumlglichkeiten werden es den Studenten moumlglich machen sich uumlber das Stattfinden oder Nichtstattfinden einer Praktikums-veranstaltung zu informieren so dass das Problem der verschiedenen Interpretation der Wetterverhaumllt-nisse geloumlst werden kann

Abbildung 10 Im Teleskop- und Geraumltekontroll-raum der Beobachtungsstation Groszligschwabhausen Das Astronomische Praktikum laumluft im engen Kon-takt zwischen Betreuern und Studenten ab (rechts im Bild der im Mai 2000 toumldlich verungluumlckte Praktikumsleiter Hans-Georg Reimann)

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6 Quellen und Literatur [1] Doumlring R SIMPOL99 Simulationen zur Aus-

breitung Transformation und Analyse von pola-risiertem Licht Staatsexamensarbeit FSU Jena 1999

[2] Reimann H-G Fischer O Friedemann Ch Schielicke R Kompendium fuumlr das Astrono-mische Praktikum Universitaumlts-Sternwarte Je-na 2000 abrufbar unter httpwwwastrouni-jenade Sternwartepresentationpra2002 indexhtml

Der Autor widmet diesen Artikel seinem Kollegen Hans-Georg Reimann Universitaumlts-Sternwarte Jena der waumlhrend einer Dienstreise im Auftrag der Europaumlischen Suumldsternwarte ESO in Chile toumldlich verungluumlckte Dr Reimann leitete das Ast-ronomische Praktikum seit mehr als zehn Jahren und entwickelte es in dieser Zeit maszliggeblich weiter

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6 Quellen und Literatur [1] Doumlring R SIMPOL99 Simulationen zur Aus-

breitung Transformation und Analyse von pola-risiertem Licht Staatsexamensarbeit FSU Jena 1999

[2] Reimann H-G Fischer O Friedemann Ch Schielicke R Kompendium fuumlr das Astrono-mische Praktikum Universitaumlts-Sternwarte Je-na 2000 abrufbar unter httpwwwastrouni-jenade Sternwartepresentationpra2002 indexhtml

Der Autor widmet diesen Artikel seinem Kollegen Hans-Georg Reimann Universitaumlts-Sternwarte Jena der waumlhrend einer Dienstreise im Auftrag der Europaumlischen Suumldsternwarte ESO in Chile toumldlich verungluumlckte Dr Reimann leitete das Ast-ronomische Praktikum seit mehr als zehn Jahren und entwickelte es in dieser Zeit maszliggeblich weiter