Post on 20-Mar-2016
description
ZehnhochMikrokosmos & Makrokosmos mit Hilfsmitteln erschließen
Eine Reise vom Menschen aus in die Welt der größten Dinge
und wieder zurück bis in dieWelt der kleinsten Dinge
Nac
h ei
ner I
dee
und
mit
Bild
ern
von:
Phi
lip &
Phy
lis M
orris
on, Z
ehnH
och,
Hei
delb
erg,
199
1. P
räse
ntat
ion
erst
ellt
von
Gre
gor
Svob
oda,
10/
2003
Um bei dieser Präsentation in der richtigen Reihenfolge weiter zu kommen, bitte immer genau auf die Bilder klicken und nicht auf die freie Folie.
100 Millionen Kilometer1011 Meter
Die farbigen Linien stehen symbolisch für die Umlaufbahnen der inneren Planeten unseres Sonnensystems. Die grüne Linie bezeichnet die Bahn der Erde.
Nähere Erläuterung zum Bild
Zusätzliche Bilder, passend zur jeweiligen
Größenordnung
Größenordnung in Potenzen &
Einheiten
Zentrales Bild
Hilfsmittel zur Sichtbarmachung
des Objektes
In der Mitte von fast allen Hauptbildern befindet sich ein rotes Quadrat. Es symbolisiert immer die Größe des vorangegangenen (10hoch+) oder nach-folgenden (10hoch-) Bildausschnittes. D.h., es zeigt immer die Größe der niedrigeren 10er Potenz.
Hilfsmittel, die man i.d.R. in den verschiedenen Größenordnungen benötigt, um einen Gegenstand zu betrachten:
Mit bloßem Auge erkennbar.
Einfache optische Vergrößerungen erforderlich.
Vielfache optische Vergrößerungen erforderlich.
Nur über längere Belichtung erkennbar.
Über Strahlung oder Radiowellen erkennbar.
Über Satelliten- oder Großteleskope erkennbar.
Vergrößerung durch Lichtmikroskop erforderlich.
Einfache optische Vergrößerungen erforderlich.
Über Elektronenmikroskop oder Experimente indirekt erkennbar.
Über Modelle, Theorien oder Ideen vorstellbar.
1 Meter100 Meter
10 Meter101 Meter
100 Meter102 Meter
1000 Meter103 Meter
10 Kilometer104 Meter
100 Kilometer105 Meter
1000 Kilometer 1 Millionen Meter
106 Meter
10 000 Kilometer107 Meter
100 000 Kilometer108 Meter
1 Millionen Kilometer109 Meter
Umlaufbahn des Mondes um die Erde
10 Millionen Kilometer1010 Meter
Die Bahn des Mondes (blau) vor dem Hintergrund der symbolisch dargestellten Bahn der Erde um die Sonne (grün).
100 Millionen Kilometer1011 Meter
Die farbigen Linien stehen symbolisch für die Umlaufbahnen der inneren Planeten unseres Sonnensystems. Die grüne Linie bezeichnet die Bahn der Erde.
1 Milliarde Kilometer1012 Meter
Die Bahnen der der inneren Planeten Merkur, Venus, Erde & Mars, eingeschlossen von der Bahn des Jupiters.
10 Milliarden Kilometer1013 Meter
Die Bahnen der Planeten Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun, Pluto.
100 Milliarden Kilometer1014 Meter
Umlaufbahnen der äußeren Planeten Uranus, Neptun & Pluto.
1 Billion Kilometer1015 Meter
Der helle Punkt in der Mitte ist die Sonne. Die Planeten sind nicht mehr zu erkennen.
10 Billionen Kilometer~ 1 Lichtjahr
1016 Meter
Als strahlender Stern hebt sich die Sonne von den übrigen Sternen ab.
10 Lichtjahre~ 3 Parsec
1017 Meter
Die Sonne ist hier nur ein kleiner Punkt vor dem gleichmäßigen Muster Tausender anderer Sonnen.
100 Lichtjahre1018 Meter
Unsere Sonne ist zu lichtschwach, um hier aufzufallen. Einzig Arktur, eine riesige Sonne, ist gut erkennbar. Er ist etwa 40 Lichtjahre von der Erde entfernt.
~ 1000 Lichtjahre1019 Meter
Mehrere Millionen Sterne (Sonnen) unserer Milchstraße.
~ 10 000 Lichtjahre1020 Meter
„Wolken“ aus Sternen, leuchtendem Gas und dunklem Staub am Rande eines Spiralarmes unserer Milchstraße.
~ 100 000 Lichtjahre1021 Meter
~ 1 Millionen Lichtjahre1022 Meter
~ 10 Millionen Lichtjahre~ 3 Megaparsec
1023 Meter
Die hellen Punkte sind weitere Galaxien unserer „lokalen“ Gruppe – einem Galaxienhaufen.
~ 100 Millionen Lichtjahre1024 Meter
Die Milchstraße verschwindet hinter einem Haufen von Galaxien, dem Virgohaufen.
~ 1 Milliarde Lichtjahre1025 Meter
Blick in die Leere unseres Universums. Galaxiepünktchen bieten die einzige Abwechslung. Bei 13 Milliarden Lichtjahren Entfernung ist für uns die sichtbare Grenze erreicht.
Ende?
~ 100 Millionen Lichtjahre1024 Meter
~ 10 Millionen Lichtjahre~ 3 Megaparsec
1023 Meter
~ 1 Millionen Lichtjahre1022 Meter
~ 100 000 Lichtjahre1021 Meter
~ 10 000 Lichtjahre1020 Meter
~ 1000 Lichtjahre1019 Meter
100 Lichtjahre1018 Meter
10 Lichtjahre~ 3 Parsec
1017 Meter
10 Billion Kilometer~ 1 Lichtjahr
1016 Meter
1 Billion Kilometer1015 Meter
100 Milliarden Kilometer1014 Meter
10 Milliarden Kilometer1013 Meter
1 Milliarde Kilometer1012 Meter
100 Millionen Kilometer1011 Meter
10 Millionen Kilometer1010 Meter
1 Millionen Kilometer109 Meter
100 000 Kilometer108 Meter
10 000 Kilometer107 Meter
1000 Kilometer 1 Millionen Meter
106 Meter
100 Kilometer105 Meter
10 Kilometer104 Meter
1000 Meter103 Meter
100 Meter102 Meter
10 Meter101 Meter
1 Meter100 Meter
10 Zentimeter10-1 Meter0,1 Meter
1 Zentimeter10-2 Meter0,01 Meter
Hautfalten auf der Hand
1 Millimeter10-3 Meter0,001 Meter
Die Oberfläche der Haut unter dem Mikroskop
0,1 Millimeter10-4 Meter0,0001 Meter
Stark vergrößerte Aufnahme einer Hautfalte
10 Mikrometer10-5 Meter0,00001 Meter
Blick unter die Hautoberfläche in eine Kapillare der Blutbahn. Abgebildet sind zwei weiße Blutkörperchen
(Lymphozyten), die wichtig für das Immunsystem sind.
1 Mikrometer 10-6 Meter0,000001 Meter
Im Innern eines Lymphozyten: Blick auf eine Zellmembran, die den Zellkern umgibt. Deutlich sind Poren in der Membran erkennbar.
Mit dem Lichtmikroskop ist hier jetzt Schluss. Weiter kann man direkt nicht sehen.
?Wie geht es weiter?
Ab hier können wir nur noch virtuell abbilden
und
müssen deshalb mit Modellen arbeiten.
1000 Ångström100 Nanometer
10-7 Meter0,0000001 Meter
Im Inneren des Zellkerns. Lange Molekülketten bilden die DNA, die das genetische Material enthält.
100 Ångström 10 Nanometer
10-8 Meter0,00000001 Meter
Nahaufnahme der DNA: Zu sehen ist die lange zweigeteilte Molekül-Leiter, die so genannte Doppelhelix. Je nach Anordnung ihrer einzelnen Bausteine (4 Bausteinarten) sind
unterschiedliche genetische Informationen enthalten.
10 Ångström1 Nanometer
10-9 Meter0,000000001 Meter
Modellaufnahme von Molekülen (Verbände von Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen).
1 Ångström 10-10 Meter0,0000000001 Meter
Modellzeichnung eines Atoms. Die weißen Punkte stehen für die Orte, an denen sich die Elektronen des Atoms wahrscheinlich aufhalten. In der Mitte befindet sich, unsichtbar klein,
der Atomkern. Die äußeren Elektronen bestimmen die chemischen & physikalischen Eigenschaften des Atoms.
10 Picometer 10-11 Meter0,00000000001 Meter
Modellhafte Abbildung der wahrscheinlichen Aufenthaltsbereiche der inneren Elektronen eines Kohlenstoff-Atoms.
1 Picometer 10-12 Meter0,000000000001 Meter
In der Mitte kann stellen wir uns den Atomkern vor. Er setzt sich aus Protonen und Neutronen zusammen und macht mehr als 99 % der Masse eines Atoms aus.
0,1 Picometer100 Femtometer
10-13 Meter0,0000000000001 Meter
Je näher wir dem Kohlenstoff-Atomkern kommen, desto mehr erkennen wir am Modell, dass er aus 6 Protonen und (meist) 6 Neutronen besteht.
10 Femtometer
Eine modellhafte Darstellung der Atomkern-Teilchen „Protonen“ und „Neutronen“. Sie werden auch „Nukleonen“ genannt. Beim genauen Betrachten des Modells wird deutlich, dass auch die
Nukleonen wiederum aus kleineren Teilchen bestehen.
10-14 Meter0,00000000000001 Meter
1 Femtometer10-15 Meter0,000000000000001 Meter
Die Protonen & Neutronen bestehen aus kleineren Teilchen,
jeweils 3 (unterschiedlichen) Quarks.
0,1 Femtometer10-16 Meter0,000000000000001 Meter
Quarks gelten als die „Basisbausteine“ der Materie. Neben den Quarks gibt es noch andere Elementarteilchen, z.B. die Leptonen.
Ende?
Ende der Vorstellung von Elementarteilchen. Kleinere Teilchen kennt man bisher nicht.
Mögliche Lerneffekte dieser Reise• Den Dimensionen des Makro- und Mikrokosmos begegnen: Einblicke in die
Astronomie und Einblicke in die Welt der kleinsten Teilchen• Größenordnungen begegnen• Verständnis für Systeme entwickeln: Ein System ist (immer) Bestandteil eines
höheren Systems• Vernetztes Denken fördern• Die Grenzen unserer Sinnesorgane kennen lernen• Einblicke in das Denken mit Hilfe von Modellen• Naturphilosophie: Was steckt hinter den Grenzen unserer direkten sinnlichen
Erfahrungswelt?• Theologie – Philosophie - Physik: Wo hat alles seinen Ursprung? Was ist das
Ziel unseres Universums?• Ökologie: Unser Planet ist einzigartig und „einsam“ • …
Quellenangaben
•P & P Morrison, ZehnHoch, Spektrum, Heidelberg, 1991
•Diess., Video ZehnHoch, Spektrum, Heidelberg.
• www.powersof10.com (mit Bildern & Ideen für den Unterricht)
•www.csaweb.yonsei.ac.kr/~rhee/2000/universe/power10.html
Abbildungen von DNA-Molekül-Modellen. Deutlich ist die gewundene Struktur der Doppel-
Helix zu erkennen.
Einfache Modelle von Kohlenstoff-Wasserstoff-Molekülen (Methan-Moleküle, CH4).
Elektronenmikroskop-Aufnahme von Grippeviren. Viren sind etwa 10 bis 240 Nanometer groß
(= ca. 0,00000001 – 0,00000024 Meter).
Unterschiedliche Atommodelle
Einfache Modelle von einem Kohlenstoff-Atom
Zecken im Größenvergleich
Eine CD-ROM hat einen Durchmesser von ca. 12 cm.
Modelllokomotiven haben etwa eine Länge von 10 Zentimetern
Edward Aldrin auf dem Mond.
Armstrong: „I'm going to step off the LM now.“[Armstrong hat seine Hände an der Leiter des Lunar-Mobils und wird nun erstmals einen Fuß auf die Oberfläche des Monds setzen]Armstrong: „That's one small step for (a) man; one giant leap for mankind.“
Videoclip (anklicken): Neil Armstrong betritt als erster Mensch den Mond am 20.07.1969.
Der Abstand von Mond zu Erde schwankt zwischen
384 000 km und 407 000 km
Der Planet Merkur Der Planet Venus
Die Magellanschen Wolken, in Namibia fotografiert
Der Planet Jupiter mit dem schwarzen Schatten eines seiner Monde.
Ca. 100 000 Kilometer
Der Planet Saturn, von Voyager 1 aufgenommen
Der Planet Neptun von einer Sonde aufgenommen
So stellen sich Künstler & Astronomen das Aussehen von indirekt entdeckten Planeten außerhalb unseres Sonnensystems vor.
Die Plejaden, ein „offener Sternhaufen“, ca. 400 Lichtjahre von der Erde
entfernt. Mit nur ca. 100 Millionen Jahren Alter handelt es sich bei diesen Sternen um „Babys“ im Universum.
M 1, der Krebs-Nebel im Sternbild Stier, ist das Überbleibsel einer Super-Nova, die wahrscheinlich, wie man aus alten chinesischen
Aufzeichnungen schließt, am 4. - 5. Juli 1054 v.Chr. beobachtbar war. Ca. 6 300 Lichtjahre von der Erde entfernt.
M 51 – „Whirlpool-Galaxie“
Galaxie M 83
„Alpha Centauri“, die zweitnächste Sonne zu unserer Sonne, ca. 4,4 Lichtjahre entfernt.(„Proxima Centauri“ gehört zum gleichen System, ist etwas näher, aber wesentlich kleiner und dunkler.)
Die Erde geht über dem Mond auf, aufgenommen von Apollo 8, 1968.
Die tiefste Stelle im Meer: Der Marianengraben, 11.035 Meter
Mount Everest, 8850 Meter
8850m
Der Bodensee vom Satelliten aufgenommen
Ca. 70 K
ilometer
Europa bei Nacht
Ca. 1000 K
ilometer
Asien bei Nacht
Hurrikan Isabel am 15.09.2003 vor Cuba & Florida
Mount Everest, Höhe: 8850 Meter
Stromausfall im Nordosten der USA am 15.08.2003
20 Stunden vor dem Blackout 7 Stunden nach dem Blackout
Das „Soldier‘s Field“-Stadion in Chicago (historische Ansicht)
Längste Spann-Brücke der Welt: Akashi Kaikyo Brücke (Japan), Länge: 1,9 Kilometer
Die zukünftig längste Brücke der Welt soll Kalabrien mit Sizilien verbinden. Länge: 3,3 Kilometer. Geplante Fertigstellung: 2014.
10 Meter
93 Meter
Theater von Epidauros, Griechenland
Handgemalte Karte von Afrika, etwa um 1585 entstanden
Die am weitesten von uns entfernten Galaxien. Sie bieten mit der Entfernung von ca.
13 Milliarden Lichtjahren einen Einblick in die Frühzeit unseres Universums.