Die Physik der elektromagnetischen Wellen eröffnet der Fernerkundung nicht nur viele Möglichkeiten, sondern sorgt auch für gewisse Einschränkungen. Diese Einschränkungen besagen: Radarsatelliten können eigentlich nicht funktionieren! Warum? Das lässt sich, mathematisch und physikalisch, herleiten.
CO2 hauptverantwortlich für den momentan stattfindenden Klimawandel.
Es gibt allerdings große Unsicherheiten, wer genau wie viel CO2 emittiert und wo wie viel CO2 von der Biosphäre aufgenommen wird. Satellitenmessungen der atmosphärischen CO2 Konzentration können dazu beitragen die anthropogenen Emissionen grenzübergreifend zu beobachten. In dieser Unterrichtseinheit können SuS mit Hilfe einer interaktiven Grafik atmosphärische CO2-Konzentrationen bestimmen sowie Herausforderungen bei Satellitenmessungen ableiten und diskutieren.
Jahrgangstufen: 9,10,11,12,13
Bearbeitungszeit: 90 min
Fächer : Geographie, Physik, Naturwissenschaften
Leitfrage:Wie können CO2-Konzentrationen mit Hilfe von Satellitenmessungen bestimmt werden
und welche Schwierigkeiten gibt es in Bezug auf die Messung und Aussagekraft?
Themen: CO2 Konzentration, Klimaentwicklung, Klimawandel
Wie beeinflusst
der Mond die Erde – und wie die Erde den Mond?
Was wäre, wenn sich der Mond viel näher um die Erde drehen würde – oder viel weiter weg?
Und wieso trifft der Mondschatten die Erde so selten?
Im neuen Arbeitsblatt “Von der Erde zum Mond und zurück – Gravitation im Erde-Mond-System” mit dazugehöriger App beschäftigen sich Schüler*innen experimentell mit der Veränderung des Erde-Mond-Abstandes. Mit dem Smartphone nehmen die Schüler*innen die Position des Mondes ein und können aus dem Weltraum heraus experimentieren. So finden sie heraus, was passiert, wenn sie der Erde immer näher kommen – sowohl auf der Erde, als auch auf dem Mond. Mit der Mondschatten-Simulation und dem Video einer Mondfinsternis aus dem All ermitteln sie nicht nur, warum Mond- und Sonnenfinsternisse so selten sind, sondern erhalten auch ein Verständnis für die Größenverhältnisse im Weltraum.
Die App ist Teil der Columbus-Eye-App. Kostenlos erhältlich bei Google Play (Part “Erde-Mond-System”)
Ziele: Die Schüler*innen sollen…
Die Zip-Datei (1MB) enthält das Arbeitsblatt, Lehrermaterial mit Stundenplanung und Musterlösungen und das Haupt-Markerbild “Erde”. Für technisch Interessierte ist die Arbeitsweise der App mit den physikalischen, mathematischen und geographischen Hintergründen im Zusatzmaterial erklärt.
CO2 ist das wichtigste anthropogene Treibhausgas und hauptverantwortlich für den momentan
stattfindenden Klimawandel. Hauptsächlich durch die Verbrennung fossiler Energieträger, stieg die atmosphärische CO2 Konzentration seit der industriellen Revolution kontinuierlich an. Im dieser Unterrichtseinheit können Schüler mit Hilfe einer interaktiven Grafik diesen Anstieg nachverfolgen, und die Prozesse die ihn verursacht haben nachvollziehen.
Jahrgangstufen: 10,11,12
Bearbeitungszeit: 90 min
Fächer : Geographie, Chemie
Leitfrage: Wie können Klimawissenschaftler und Klimaleugner dieselben CO2 Konzentrationsmesswerte untersuchen und dabei zu konträren Aussagen gelangen?
Themen: CO2 Konzentration, Klimaentwicklung, Klimawandel
In der modernen Beobachtung der Erdoberfläche und ihrer Veränderungsdynamik sind Radarsysteme von entscheidender Bedeutung. Sie erlauben es, großflächige Oberflächenstrukturen selektiv zu erfassen und zu klassifizieren. Mithilfe von Radarfernerkundung können Veränderungen beispielsweise von Vegetationsverteilungen oder Gletschern detektiert werden. Mit Hilfe von ausgewählten Radarbildern erhalten die Schüler und Schülerinnen (SuS) einen Überblick über die Möglichkeiten zur Erfassung von Veränderungsdynamiken an der Erdoberfläche. Diese Erkenntnisse werden mit Hintergrundwissen zu dem Thema Radarfernerkundung, sowie grundlegendes Wissen über Eigenschaften von Mikrowellen ergänzt.
Das Ziel der Unterrichtseinheit „Radar” ist das Verständnis grundlegender Eigenschaften elektromagnetischer Wellen und ihrer Anwendungsmöglichkeiten in Radarfernerkundungssystemen kennen zu lernen. Ferner schult die Unterrichtseinheit den Umgang mit abstrakten Darstellungen (Satellitenbilder) von bekannten Landschaftseinheiten.
Klassen: 11, 12
Bearbeitungszeit: 1 Stunde
Niveau: aufbauend
Voraussetzungen: keine
Themen: Braunkohle, Change Detection, Elektromagnetisches SpektrumRadar
Autoren: Johannes Schultz, Andreas Rienow, Henryk Hodam
Floreana Miesen
Die Schülerinnen und Schüler setzen sich mit dem Themenkomplex Temperatur und Energie auseinander. Mithilfe von Thermalbildern werden sie in die Lage versetzt, Oberflächen unterschiedlicher Temperatur voneinander zu unterscheiden. Dabei lernen sie den Zusammenhang zwischen Oberflächentemperatur, spezifischer Wärmekapazität und weiteren thermalen Objekteigenschaften kennen.
Klassen: 6
Bearbeitungszeit: 1 – 2 Stunden
Niveau: leicht
Voraussetzungen: keine
Themen: Temperatur, Thermalbilder, Thermalstrahlung, spezifische Wärmekapazität
Autoren: Roland Goetzke, Henryk Hodam, Kerstin Voß
Die Unterrichtseinheit “Dem Unsichtbaren auf der Spur” erläutert die Funktionsweise eines Satelliten, der das von der Erdoberfläche reflektierte Licht zur Bildaufnahme nutzt und dabei auch Wellenlängen jenseits des sichtbaren Lichts einbezieht. Zusätzlich zum Verständnis der physikalischen Inhalte lernen die Schülerinnen und Schüler auf diese Weise auch Aspekte der Fernerkundung kennen. Eine “Vermittlerfigur” in Form eines virtuellen Professors begleitet die Lernenden bei der Erforschung des elektromagnetischen Spektrums.
Klassen: 7
Bearbeitungszeit: 2 – 3 Stunden
Niveau: leicht
Voraussetzungen: keine
Themen: Absorption, Elektromagnetisches Spektrum, Infrarot, Licht, Reflexion
Autoren: Roland Goetzke, Henryk Hodam, Kerstin Voß
Mit dem Radar-Satelliten Sentinel-1 werden aktive Vulkane beobachtet.
Rund um den Erdball gibt es zahlreiche aktive Vulkane, an deren Hängen – oder sogar in deren Kratern – Menschen siedeln. Um Frühwarnprogramme zu verbessern, müssen diese Vulkane ständig beobachtet werden. Neben verschiedensten
Bodenmessungen kommen dabei auch Satelliten zum Einsatz, zum Beispiel Sentinel-1.
Mit seinem Radar-Sensor kann Sentinel-1 nicht nur durch die Wolken blicken, sondern auch kleinste Veränderungen des Bodens aufspüren. So können Bewegungen der aktiven Vulkane, die auf baldige Ausbrüche hindeuten, beobachtet werden. Die Campi Flegrei, oder Phlegräischen Felder, bei Neapel sind noch immer aktiv. Neueste Forschung zeigt, dass sie sich eine Magmakammer mit dem Vesuv teilen – und, dass sich in ihrer Mitte der Boden hebt. Das Arbeitsblatt vermittelt mit der anschaulichen Augmented-Reality-App, wie Sentinel-1-Radar-Daten benutzt werden, um diese Hebung zu verfolgen, und diskutieren die Abwägungen der Bewohner dieser möglicherweise hochexplosiven Region am Beispiel der Geothermie.
Die “Vulkane unterm Radar”-App ist Teil der ColumbusEye-App
App “Columbus Eye” kostenlos im Google Play Store
Ziele:
Die Schüler*innen sollen…
• die Entstehung eines Vulkans beschreiben und verschiedene Vulkantypen darstellen,
• die Funktionsweise von Radarfernerkundung als Wissenschaft einordnen und anwenden,
• Interferometrie-Abbildungen erklären und analysieren,
• Geothermie als erneuerbare Energiequelle erörtern und in einer Diskussion beurteilen.
Bearbeitungszeit: 2-4 Stunden (Modulauswahl) Themen: Geländemodelle, Geothermie, Naturgefahren, Radar, Radar Niveau: fortgeschritten
Autoren: Claudia Lindner, Frederike Krahn
Spektrale Satellitensensoren sehen die Erde grau. Dies liegt daran, dass sie jeden Wellenlängenbereichen getrennt voneinander in so genannten Spektralkanälen aufnehmen. Die spektrale Auflösung, also die Anzahl der Spektralkanäle, ist eine wichtige Eigenschaft von Satellitensensoren. Doch welche spektrale Auflösung sollte ein Sensor haben und warum können nicht alle Bereiche des elektromagnetischen Spektrums gemessen werden?
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Wie genau wir unsere Umwelt mit Hilfe von Satelliten beobachten können, hängt maßgeblich von verschiedenen Eigenschaften ihrer Sensoren ab, denn diese entscheiden darüber, wie detailliert Informationen über die Erdoberfläche aufgezeichnet werden. Aber warum verwendet die Fernerkundung nicht einfach nur Sensoren mit einer hohen Auflösung, um uns eine detailgenaue Abbildung der Erdoberfläche zu ermöglichen?
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