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Projekt "Lichtgeschwindigkeit" - Schuljahr 2008/09




ACHTUNG: Dateigröße 10,3 MB

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Projektidee


Ziel dieses Projektes ist es mittels einer astronomischen Methode eine der wichtigsten Naturkonstanten, nämlich die Lichtgeschwindigkeit zu bestimmen - etwas was für gewöhnlich in einer Oberschule experimentell nicht machbar ist. Die Idee ist hierbei ähnlich zur Methode mit der Ole Römer die Lichtgeschwindigkeit im Jahre 1676 erstmals bestimmte.

Wir benutzen zur Bestimmung den Veränderlichen Stern CY-Aquarii. Dieser liegt fast genau in der Erdbahnebene (Ekliptik) und ändert seine Helligkeit periodisch in Intervallen von ca. 90 Minuten Dauer. Stünde die Erde immer an derselben Stelle, so würde man alle 90 Minuten die Ankunft eines Helligkeitsmaximums erwarten - und das passiert auch, wie die folgende Lichtkurve zeigt:


Lichtkurve von CY-Aquarii, aufgenommen über einen 5-Stunden-Zeitraum am 20.09.08 mit einem LX200 und der ST8-XME. Photometrie mit Muniwin.



Da aber die Erde im Laufe des Jahres um die Sonne kreist und sich somit die Entfernung zu CY-Aquarii ändert, hat das Licht der Maxima unterschiedlich lange Wege zurückzulegen. Man beobachtet eine jährliche Variation der Ankunftszeiten der Helligkeitsmaxima. Diese Variation ist in der Größenordnung von einigen Minuten. Kann man diese Variation mit hoher Genauigkeit messen, so kann man bei bekanntem Erdbahndurchmesser den Wert der Lichtgeschwindigkeit berechnen. Dazu muss man Lichtkurven des Veränderlichen in mehreren Beobachtungsperioden im Jahr gewinnen. Günstige Termine für die Beobachtung sind Anfang September, Ende Dezember und im Juli.

Schüler die bei dem Projekt noch mitmachen möchten, mögen einfach die Astrogruppe über E-Mail kontaktieren!

Wer mehr wissen will, kann sich unter der Adresse hier Informationen holen!



Astrogruppe des Schuljahres 2008/09


Von rechts: Florian Peintner, David Cont, Maria Lena Campei, LX200 mit ST8-XME, Elisabeth Moritz, Brena Zoderer, Christof Wiedemair.



Statusbericht zum 01.12.08

Fünf Schüler haben sich zur Mitarbeit am Projekt bereit erklärt. Diese Schüler sind Maria Lena Campei (5B), Elisabeth Moritz (5B), Brenda Zoderer (5B), David Cont (4E) und Florian Peintner (3C). Somit konnte das Projekt mit großer Hoffnung auf Erfolg auf den Weg gebracht werden. Auch mit der Ausbeute an Lichtkurven kann man angesichts der widrigen Wetterumstände im Pustertal zufrieden sein. Es gibt erfolgreiche Beobachtungen von CY Aquarii am 19.09., 20.09., 28.09., 09.10., 10.10., 17.10., 21.10., 10.11. und 25.11. In jeder Beobachtungsnacht erhalten wir im Schnitt 500 20sekündige Aufnahmen des variablen Sterns. Die Qualität der Beobachtungen variiert aufgrund von Bewölkung, Taubeschlag und Mondlicht erheblich. Trotzdem sollten alle Aufnahmeserien zu einer Bestimmung eines Maximumszeitpunktes für jeden Abend führen. In den Weihnachtsferien möchten wir unsere Beobachtungen nochmals intensivieren. In diesem Zeitraum nähert sich CY Aquarii bei Dämmerungsende bereits dem Westhorizont. Damit sind diese Wochen die letzten und gleichzeitig die wichtigsten Gelegenheiten, unsere Messreihen zu vervollständigen. Anfang Februar geht es dann ans Auswerten...


Beim Trockentraining mit dem Teleskop und der Kamera. Maria Lena Campei, Brenda Zoderer und Elisabeth Moritz (von links), LX200 und Christof Wiedemair (hinten - von links :) )




Florian Peintner, David Cont und Christof Wiedemair (von links). Das Kabel führt über ein Dachfenster der Schule hinaus in die kalte Winternacht zur CCD-Kamera am Teleskop.


Zwischendurch eine Stärkung während der Beobachtungen auf dem Schuldach.




Muskelpower um den Beobachtungsplatz freizuschaufeln...



Statusbericht zum 01.01.09

Dank einer Schönwetterphase konnten die letzten Beobachtungen von CY Aquarii an den Weihnachtstagen 2008 auf dem Dach des Schulgebäudes erledigt werden. Nun liegen insgesamt fast 6000 Bilder von der Himmelsregion um CY Aquarii vor. Die Daten wurden in 14 Beobachtungsnächten verteilt über 3 Monate gewonnen. Die gesamte Datenmenge liegt bei 4,5 Gigabyte, die Gesamtbelichtungszeit liegt bei über 33 Stunden! Nun geht es bald ans Auswerten! Für diese Tätigkeit haben wir den Beginn des zweiten Semesters vorgesehen. Man darf gespannt sein...



Projektbericht

Nach einer langen Auswertungsphase, welche bereits Ende Februar begann können wir nun - Mitte Mai - endlich unsere Ergebnisse präsentieren. Die Auswertung der gewonnenen Rohdaten hat entgegen den Erwartungen mehr Zeit und Mühe erfordert, als wir uns das anfangs gedacht hatten. So haben wir viele Schritte in Zweierteams bzw. mehrmals durchgeführt, um Fehler durch "menschliches Versagen" auszuschließen. Auch das Einarbeiten in komplexe aber notwendige Programme wie z. B. Origin8 Pro hat viel Zeit gekostet. Schlussendlich können wir mit Stolz vermelden, dass wir die Periode von CY Aquarii zu 87 Minuten und 53,63 Sekunden bestimmt haben. Das ist ein Wert, der nur 1/12 Sekunde unter dem Wert liegt, der im Jahre 2003 an einer Profisternwarte ermittelt wurde. Leider hat sich dieses Zwölftel Sekunde von September bis Dezember doch zu einem beachtlichen Fehler aufsummiert, sodass wir schlussendlich einen Lichtgeschwindigkeitswert von 257.000 km/s erhalten haben. Das liegt 14% unter dem tatsächlichen. Wir sind zu Überzeugung gelangt, dass es wohl mit unseren Mitteln (Teleskopdurchmesser) kaum besser geht.

Hier kann man den vollständigen, bebilderten Projektbericht downloaden:


ACHTUNG: Dateigröße 10,3 MB


Anhand von projizierten Daten lässt es sich am besten diskutieren.


David und Brenda beim Bestimmen von Sternhelligkeiten.


Florian beim Grübeln.


Fit eines Polynoms neunter Ordnung an ein Helligkeitsmaximum. (aus Origin)


Lichtkurve mit Fehlerbalken und Maximumfits.


Pulsprofil der Lichtkurve von CY Aquarii, ermittelt durch Überlagerung von zehn Einzelmaxima.