Didaktische Tätigkeit, von Ettore Bronzini, Fabrizio Gentile, Greta Toni, Massimiliamo Matteuzzi während des Doktoratsstudium “ Designing innovative public engagement activities” am ’Universität Bologna 2023.
Kurzbeschreibung der Tätigkeit:
Die Galaxien, sowie viele andere Himmelskörper, erscheinen unterschiedlich je nachdem mit welchem Instrument man beobachtet. Bei dieser Aktivität werden Stoffen unterschiedlicher Konsistenz verwendet, um die verschiedenen Komponenten einer von ihnen darzustellen, und eine ganz persönliche Galaxie-Brosche zu bauen.
Material
- Drucke der Galaxie Centaurus A in verschiedenen Wellenlängen (möglicherweise auf Glänzend, Download hier verfügbar: optisch, infrarot, radio)
- Stoffe unterschiedlicher Zusammensetzung (recycelten Materialen)
- Tacker
- Schere
- Sicherheitsnadeln
- Prototypen von Nadelgalaxien ais Beispiele
- 4 Audiotracks (Download hier verfügbar: 1, 2, 3, 4)
- Lautsprecher zur Wiedergabe die Audiotracks
Bereitung der Tätigkeit
Material auf Tisch bereitstellen, in geordneter und zugänglicher Weise.
Das empfohlene Mindestalter für di Teilnahme beträgt 8 Jahre.
Beschreibung der Tättgkeit
1. Beginnen Sie die Aktivität, indem Sie ein Prototyp von Galaxie-Nadel zeigen, während Sie zusammen über Aspekte wie Form, Rauheit und Art des verwendeten Material zur Darstellung der 4 Komponenten -optisch, infrarot, Radio, X – nachdenken. Um die Diskussion anzuregen, können Fragen gestellt werden wie “Wie sieht dieses Objekt aus? Welche Form hat es? Was denken Sie, was das ist?”
2. Auf Hochglanz gedruckte Bilder zeigen, übereinander gelegt, um die Galaxie Centaurus A wieder aufzubauen. Jedes Bild stellt eine bestimmte Komponent der Galaxie dar, die mit verschiedenen Instrumenten beobachtet werden kann.
3. Den Bau der Galaxie-Nadel vom Optiker aus beginnen, bzw. die Basisplatte. Fragen Sie nach einen weichen Stoffe, aber steif genug (die Farbe zählt nicht) und einen Kreis ausschneiden, um die optische Komponent, die hauptsächlich aus Sternen besteht, darzustellen.
Abbidung der optischen Komponente anzeigen: weisen Sie darauf in, dass es ein dunklen Teil der Galaxie gibt, von dem kein sichtbares Licht kommt. Das Phänomen ist auf das Vorhandensein der Staub zurückzuführen, die das Licht der dahinter liegenden Sternen.
Empfehlung: In der Bauphase möchten die Teilnehmer vielleicht ihre eigene Galaxie-Nadel perfektionieren, oder manchman neu anfangen; dies verlängert die Lange der Aktivität. Es ist besser zu versuchen, die Rekonstruktionsphase jeder Komponente innerhalb von 5 Minuten aufrechtzuerhalten. Es ist schön, motiviert zu sein, seine Arbeit zu verbessern, aber nan kann sich daran erinnern, dass es verschiedene Komponente zu erkunden gibt, und dass ihr Modell nicht falsch sein kann: es gibt so viele Galaxien im Universum, das es sicher eine gibt, die wie sie aussieht!
4. Die Audio 1 abspielen, die darin besteht, ein Lied mit nur einem Klavier zu spielen. Besprechen Sie es kurz zusammen, mit Fragen wie: “Welche Instrumente können Sie unterscheiden? Haben Sie das Lied mal gehört?”
5. Mit dem Zusatz der infrarotkomponente fortfahren. Dieses Licht wird hauptsächlich vom gleichem Staub erzeugt, der die sichtbare Strahlung blockiert. Zur Darestellung dieser Struktur, einen “S”-fõrmigen Kunstlederstoff und mit dfem zuvor bereiteten Kreis überlappen.
6. Die audio 2 abspielen, die das gleiche Lied wie die voreherige Audiospur, aber nur mit der E-Gitarre. Kurz diskutieren, wie unter Punkt 4.
7. Wählen Sie einen Stoff mit sehr geringer Rauheit, glatt, für die Radio-Komponente, und eine Form auf 8 ausschneiden, um die Radio-Komponente darzustellen. Es handelt sich um die Emission eines ganz besonderen Objekts im Zentrum der Galaxie Centaurus A: ein supermassives schwarzes Loch. Die neue Form wie in der Abbildung dargestellt den anderen überlappen.
8. Die Audio 3 abspielen, die eine Basis und eine Violine verwendet. Kurz diskutieren, wie unter Punkt 4.
9. Die letzte Komponente zum Modell hinzufügen, oder die Röntgenstrahlen, auch aus dem schwarzen Loch. Wählen Sie ein Material mit hoher Rauheiit und einen dünnen Streifen ausschneiden. Überlappen Sie die anderen wie auf dem Bild zu sehen.
10. Das Modell ist komplett: befestigen Sie die verschiedenen Komponenten mit einem Tacker, fügen Sie eine Sicherheitsnadel hinzu. Fortsetzen des Hörens der Audiospur 4, die alle bisher verwendeten Instrumente enthält, so wie jede Galaxie-Nadel aus verschiedenen Komponenten besteht.
Erklärung des physikalischen Prozesses
Das Licht, das wir mit unserem AUgen sehen können (sichtbares Licht) ist nu reine der vielen Arten von Licht, die als elektromagnetische Wellen bezeichnet werden. Im Universum, geben Himmelskörper nicht nur sichtbares Licht aus, aber auch viele andere Arten von elektromagnetischen Wellen, die für uns unsichtbar sind. Zum Beispiel, kann eine einzelne Galaxie sehr unterschiedlich aussehen, wenn sie mit Instrumenten beobachtet wird, die für verschiedene Frequenzbanden geeignet sind (die Gesamtheit aller elektromagnetischen Wellen). Insbesondere, emittieren bestimmte Galaxientypen, die als Radiogalaxien bezeichnet werden, weil sich im Zentrum ein schwarzes Loch befindet, von radio-Röntgen Strahlung.
Jedes Instrument, also jedes Band des elektromagnetischen Spektrums gint uns Informationen über eine andere Komponent dieser Galaxie und über verschiedene physikalischen Prozesse , die die Emission erzeugen.
In dieser Aktivität, haben wir uns entschieden, ein berühmtes Beispiel einer Radiogalaxie zu analysieren, das als Centaurus A bezeichnet wird. Wir können die verschiedenen Emissionen und Komponente dieser Galaxie umfassen, wenn wir über verschiedenen Regionen des elektromagnetischen Spektrums sprechen: das sichtbare Licht (oder optisches Band), das infrarote Licht, die Radiowellen und die Röntgenstrahlen.
Das optische (oder sichtbares) Band (o visibile)
Im optischen Bild, gibt es sowohl einzelne helle Sterne (der Milchstrasse) und auch Sterne der Galaxie Centaurus A, weit entfernt von uns als die Sterne der Milchstrasse.
Im sichtbaren Bereich (bzw in dem Bereich des Spektrum, für den unsere Augen empfindlich sind), wird das Licht von Centaurus A durch die Vielzahl von darin enthaltenen Sternen erzeugt. Wir können nicht die Sterne einzeln voneinander unterscheiden; wir beobachten das Licht, das sie in dieser runden Form ausstrahlen. Aufgrund seiner Form im optischen Band, wird diese Galaxie als elliptische Galaxie klassifiziert.
Wenn wir diese Galaxie im optischen Bereich beobachten, stellen wir fest dass, jenseits des Sternenlichts, gibt es eine zentrale Struktur, die einem Gürtel ähnelt. Das ist Material, das wir Staub nennen, die die dahinterliegende Region verdunkelt, bzgw. Sie dürfen nicht vom Boden aus beobachtet werden.
Das infrarote Band
Hier ist die Galaxie von vorhin, aber in einer anderen Wellenlänge. Dieses Mal, sehen wir es im Infrarot. Was fällt Ihnen aus? Sieht die Galaxie aus wie früher? Nein, es sieht aus wie eine andere Galaxie. In dieser neuen Wellenlänge, sind die Sterne so schwach, dass sie unsichtbar sind, während Staub viel Strahlung abgeben kann (beachten Sie dass der nun “sichtbare” Teil die gleiche Form wie der Staubgürtel hat, der die Sterne in optisch verdunkelte). Dies geschieht weil die Art der Emission eines Objekt stark von seiner Temperatur abhängt. Sehr heisse Sterne (mit Temperaturen von mehrere tausend Gradi) strahlen im “sichtbaren” Licht, während der viel kaltere Staub (hunderte von Grad unter Null) im Infrarot emittiert. Gleischwertige Objekte, um das Konzept zu verstehen, können Glühlampen (sie sind sehr heiss, denn wir sehen ihr Licht mit unseren Augen) und der menschliche Körper sein. (Der Körper ist sehr kälter: tatsächlich, sehen wir sein “Licht” mit Infrarotthermometern). Wenn wir also dieses neue Band studieren, können wir die Struktur der Staub besser erfassen, ohne vom Sternenlicht gestört zu werden.
Die Radio-Frequenzaband
Im Zentrum jeder massereichen Galaxien befindet sich ein schwarzes Loch mit einer Masse vom Millionen oder Milliarden Mal die Masse unserer Sonne, daher der Name supermassereicher schwarzer Löcher. Einige von ihnen sind in der Lage, Leistungsfähige Plasmastrahlen zu produzieren. Das ist eine besondere Art von Materie, die aus Elektronen und anderen subatomaren Teilchen bestehen. Aufgrund von Magnetfeldern in der Galaxie, werden diese Partikel gezwungen, sich in Spiralförmige Bahnen zu bewegen, eine Strahlung ausstrahlend, die die Form einer “8” annimt. Diese besondere Strahlung wird Syncrotronstrahlung benannt, und kann hauptsächlich im Radio-band und X-band beobachtet werden.
Das X-Band
Wie oben erläutert, wird Synchrotronstrahlung vom Radio-Band zum X-Banda ausgestrahlt. Im Gegensatz zum Radio-Band, jedoch, haben wir im X-Band eine andere relevante Wirkung: Plasma aus dem schwarzem Loch, durch Interaktion mit dem Gas der Galaxie, erwärmt es bis zu Temperaturen von zig Millionen Grad. Dieses sehr heisse Gas emittiert Strahlung im X-Band.
Composite-Bild
Das oben beschriebene ist nur ein wichtiges Stück der täglichen Arbeit der Astrophysiker. Mit einer Kombination von Daten aus verschiedenen Bänden, versucht man, die physikalischen Prozesse innerhalb der Himmelskörpern zu rekonstruieren. Beachten Sie, wie jedes Band uns bestimmte Informationen gibt. Ohne sie, kann man keine vollstandinge Perspektive haben, über was in einer Galaxie passiert.