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Astronomie – Weltbilder und Sonnensystem

Physik · Realschule · Jahrgangsstufe 8 · Bayern · Wahlbereich Astronomie

Im Wahlbereich Astronomie der 8. Jahrgangsstufe lernen Lernende das geozentrische und das heliozentrische Weltbild, den Aufbau des Sonnensystems sowie die Entstehung von Mondphasen, Tag und Nacht und Jahreszeiten kennen. Grundlagen aus der Optik wie die geradlinige Lichtausbreitung werden hier angewandt.

Das geozentrische und das heliozentrische Weltbild

Lange glaubten die Menschen, die Erde stehe fest im Mittelpunkt und Sonne, Mond und Sterne drehten sich um sie: das geozentrische Weltbild (griechisch geo = Erde). Nikolaus Kopernikus stellte im 16. Jahrhundert das heliozentrische Weltbild vor (griechisch helios = Sonne): Die Sonne steht im Mittelpunkt, und die Planeten einschließlich der Erde bewegen sich auf Bahnen um sie herum. Beobachtungen, etwa mit dem Fernrohr, bestätigten dieses Bild.

Unser Sonnensystem

Um die Sonne kreisen acht Planeten. Von innen nach außen: Merkur, Venus, Erde, Mars (die vier Gesteinsplaneten), dann Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun (die vier Gasplaneten). Je weiter ein Planet von der Sonne entfernt ist, desto länger braucht er für einen Umlauf. Die Planeten leuchten nicht selbst; man sieht sie, weil sie von der Sonne beleuchtet werden.

Beispiel 1: Warum wir Mondphasen sehen

Der Mond zeigt sich mal als schmale Sichel, mal als Vollmond. Wie entstehen diese Mondphasen?

Antwort: Die Sonne beleuchtet immer genau eine Hälfte des Mondes. Je nachdem, wo der Mond auf seiner Bahn um die Erde steht, sehen wir von dieser beleuchteten Hälfte mehr oder weniger: von der schmalen Sichel über Halbmond bis zum Vollmond und zurück. Ein voller Umlauf dauert rund \(29{,}5\) Tage.

Beispiel 2: Tag und Nacht, Sommer und Winter

Wie entstehen Tag und Nacht und die Jahreszeiten?

Antwort: Die Erde dreht sich einmal in \(24\,\mathrm{h}\) um ihre Achse: Die der Sonne zugewandte Seite hat Tag, die abgewandte Nacht. Weil die Erdachse geneigt ist, trifft das Sonnenlicht im Jahreslauf mal steiler, mal flacher auf eine Halbkugel. Steiles Licht bringt Sommer, flaches Winter. Die Jahreszeiten entstehen also durch die geneigte Achse, nicht durch den Abstand zur Sonne.

Sterne, Milchstraße und Weltall

Die Sonne ist selbst ein Stern, ein riesiger, heißer Gasball, der Energie durch Kernverschmelzung erzeugt und als Licht und Wärme abstrahlt. Sie gehört zu Milliarden Sternen in unserer Galaxie, der Milchstraße. Entfernungen im Weltall sind so groß, dass man sie in Lichtjahren angibt: der Strecke, die das Licht in einem Jahr zurücklegt.

Beispiel 3: Ein Lichtjahr

Wie weit ist ein Lichtjahr, wenn Licht \(300\,000\,\mathrm{\frac{km}{s}}\) schnell ist? Ein Jahr hat etwa \(3{,}15\cdot 10^{7}\,\mathrm{s}\).

Gegeben: \(c=300\,000\,\mathrm{\frac{km}{s}}\), \(t=3{,}15\cdot 10^{7}\,\mathrm{s}\)

Gesucht: Strecke \(s\) (ein Lichtjahr)

Formel: \(s=c\cdot t\)

\( s=300\,000\,\mathrm{\tfrac{km}{s}}\cdot 3{,}15\cdot 10^{7}\,\mathrm{s}\approx 9{,}5\cdot 10^{12}\,\mathrm{km} \)

Antwort: Ein Lichtjahr sind etwa \(9{,}5\) Billionen Kilometer. Der nächste Stern nach der Sonne ist über \(4\) Lichtjahre entfernt. Wir sehen ihn also so, wie er vor über vier Jahren war.

Typische Fehler und Prüfungstipps

Geo- und heliozentrisch verwechselt: Geo = Erde im Zentrum, helio = Sonne im Zentrum.
Mond leuchtet selbst: Der Mond und die Planeten leuchten nicht, sie werden von der Sonne beleuchtet.
Jahreszeiten durch den Abstand: Nicht der Abstand zur Sonne, sondern die geneigte Erdachse verursacht die Jahreszeiten.
Lichtjahr als Zeit: Ein Lichtjahr ist eine Entfernung, keine Zeitspanne.
Stern und Planet verwechselt: Sterne leuchten selbst (wie die Sonne), Planeten werden nur beleuchtet.