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

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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.