Astronomi för nybörjare

Vår utgångspunkt för astronomi i skolan är att bygga på vad man själv utan särskilt komplicerade instrument kan observera, t.ex. himlens färg, skuggor, att jorden är rund, månen, stjärnor, planeter och satelliter.

Naturskolebladet nr 62:2006

Lämplig årstid: året runt

Sådant som man inte själv kan observera får i stället levandegöras med hjälp av modeller, liknelser och datorprogram. Här får ni några aktiviteter att prova. Det mesta passar bra att göra utomhus, t.ex. på skolgården.

ljusspektrum Dela upp solljus i olika färger

Fyll en bunke med vatten och ställ en plan spegel i vattnet. Luta spegeln mot bunkens kant. Låt solljuset falla in på spegeln. Håll ett vitt pappersark framför spegeln och flytta det runt tills en regnbåge av färger visar sig på det. Kanske behöver man modifiera även spegelns läge för att få fram färgerna. Fundera på vad det är vi ser.

Lite förklarande fakta till experimentet:
Solljus verkar vitt, men är egentligen en blandning av olika färger. Dina ögon upplever blandningen som ofärgat ljus. ”Kilen” av vatten mellan spegeln och vattenytan verkar som ett prisma och skiljer ut färgerna till ett regnbågsmönster, kallat spektrum, bestående av sju färger – rött, orange, gult, grönt, blått, indigo och violett. Var och en av färgerna bryts i olika hög grad av prismat. Man kan säga att de olika färgerna representerar vågor med olika våglängd. Rött ljus har längst våglängd och bryts minst, medan violett ljus har kortast våglängd och bryts mest. Våglängderna däremellan ger alla de andra färgerna i regnbågen.

Ljuset som en vågrörelse

vågrörelseMan kan illustrera begreppet våg och våglängd med ett c:a 10 meter långt rep. Detta läggs ut som ett par vågor. Eleverna placeras ut längs repet och håller i det så att det blir en rundad våg. Avståndet mellan två toppar kallas för en våglängd. Om man flyttar sig lite grand så att avståndet mellan topparna i repet blir större, blir våglängden längre.

Låt oss göra så långa våglängder vi kan med repet. Vad händer med höjden på topparna? En möjlighet att införa begreppet amplitud. Nu gör vi så korta våglängder som möjligt. Vad händer?

Begreppet frekvens anger hur ofta vågorna svänger (svängningar per sekund). Detta kan också illustreras med hjälp av repet.
Låt eleverna byta platser så att vågtopparna blir vågdalar och vice versa. Först lugnt och stillsamt, sedan allt snabbare. Hur snabbt kan vi svänga?
Vi tar tiden på 20 svängningar till kanske 20 sekunder (1 svängning per sekund =1 Hz).

Bra, men kan vi sätta rekord? Prova.

Avsluta med att låta vågorna både svänga och röra sig längs en markerad rak linje. Ta tiden på en sträcka av c:a 50 meter och räkna ut hastigheten. Försök göra det snabbare och sätta rekord. Det blir en bra samarbetsövning. Som ni förstår får eleverna också mycket rörelse och fysisk aktivitet, samtidigt som de har roligt.

Här kommer lite fakta till aktiviteten ovan:

Det finns vågor av precis samma slag som ljuset (elektromagnetiska vågor), men av andra våglängder. Enda orsaken till att du inte kan se dem är att dina ögon inte kan uppfatta dem.

  • Det finns vågor som är längre än ljusvågorna och det finns de som är kortare
  • Radiovågor är ungefär lika långa som ett rum (meter)
  • Mikrovågor är ungefär lika långa som en mikrovågsugn (decimeter)
  • Värmevågor är ungefär som en bakterie (mikrometer = 10−6 m )
  • Ljusvågor är kortare (nanometer = 10−9 m )
  • Röntgenstrålar är ännu kortare, ungefär som en atom (ångström = 10−10 m)
  • Synligt ljus har frekvenser kring 500THz (= 500 biljoner, dvs. 500 miljoner miljoner svängningar per sekund)
  • Ljushastigheten är den fart med vilken ljus och annan elektromagnetisk strålning rör sig. Hastigheten är c:a 300.000.000 meter per sekund.

Läs om hur ljushastigheten kan illustreras, se länk nedan.

Fundera gärna också på följande frågeställningar:

  • Hur kommer det sig att himlen är blå, medan rymden är svart?
  • Varför färgas kvällshimlen röd?

Ljuset som partiklar

I den förra aktiviteten har vi beskrivit ljuset som en vågrörelse. Ljuset har dock flera olika egenskaper och kan beskrivas på två helt olika sätt. Vissa egenskaper gör att ljuset kan sägas bestå av små partiklar som kallas fotoner.

Eleverna ställer sig tillsammans som en grupp fotoner och börjar röra sig framåt mot ett träd. Vad händer när de träffar på trädet? Några partiklar har en riktning så att de precis kan passera tätt utanför stammen, medan andra träffar mitt på stammen och stoppas upp. Denna enkla aktivitet visar att ljuset alltid går rakt fram, ända tills det kommer till ett föremål. Om föremålet är ogenomskinligt kan ljuset inte gå igenom det utan stoppas och då blir det mörkare bakom föremålet - en skugga.

Alla vet säkert att skuggor alltid faller bakom det som ljuset lyser på. Men alla kanske inte har tänkt på att det beror på att ljuset går rakt.

solurBygg ett enkelt solur

Man behöver en blomkruka i lera, en rundstav och en penna. Börja med att vända krukan upp och ner. Kör ner rundstaven i hålet i krukans botten. Ställ krukan på en solig plats utomhus. Välj din plats med omsorg för sedan du märkt ut timmarna kan du inte flytta på uret. Vid varje jämnt klockslag drar du ett streck längs kanten på krukans botten, där staven kastar sin skugga. Du bestämmer själv från när till när ditt solur ska visa klockslagen. Du kan till exempel börja klockan åtta på morgonen och sedan hålla på till solen går ner. Kom ihåg att vrida uret en markering när det är dags för sommartid och vintertid. Du kan förstås dekorera ditt solur och fixa med det så att det blir lite mer personligt!

Idén är hämtad från Unga fakta, se länk nedan.

Ett lurigt experiment om jordklotet

Vi kan se att månen är rund. Men kan vi även observera att jorden är rund? Flera av eleverna har säkert någon gång stått vid kusten och sett bevis på det när man tittar på båtar långt ute till havs. Eftersom jordytan är sfärisk ser man inte hela båten.
Kan vi på något sätt även observera att jorden roterar kring sin egen axel?
Eleverna får jobba två och två. En av dem hoppar upp så högt som möjligt. Den andra undersöker om landningsplatsen blir förskjuten p.g.a. jordens rotation.

I denna aktivitet lurar vi eleverna lite grand. Men det finns en historisk koppling. Aristoteles trodde inte att jorden roterade och motiverade detta genom att hoppa upp och sedan landa på samma ställe. Om jorden roterade skulle landningspunkten bli en annan, menade han.

Vad är det då som gör att man landar på samma plats? Vid jordytan drar gravitationen (jordens dragningskraft) ner dig mot jordens mitt så att du följer med i rotationen. Det fungerar likadant som om du hoppar upp och ner inne i ett tåg. Tåget och du har samma fart, så du landar på samma ställe inne i tåget som du hoppade upp från.

Men hade du kunnat hoppa hur högt som helst hade kanske experimentet fungerat. Hoppar man väldigt högt försvagas nämligen gravitationskraften. Exempelvis kommer en rymdraket som skickas rakt ut i rymden till ett stort avstånd, till exempel till månen, inte att fortsätta att snurra med jorden på vägen ut.

Hur rör sig solen, jorden och månen?

Ett av målen som elever ska uppnå i slutet av femte skolåret är att "ha insikt i hur planeterna rör sig i förhållande till varandra och kunna förknippa tideräkning och årstider med dessa rörelser". Didaktisk forskning har visat att elever ända upp i tonåren har svårt att förstå att jorden roterar runt sin egen axel. Denna aktivitet ger förutsättningar att diskutera detta.

Eleverna delas in i grupper om fyra. Fyra roller fördelas inom gruppen: solen, jorden, månen samt en berättare. Rekvisita kan vara något gult (solen), blått/grönt (jorden) och vitt (månen) klädesplagg. Dramatisera för varandra hur dessa tre himlakroppar rör sig i förhållande till varandra. Låt eleverna använda de samlade kunskaperna i gruppen för att samtidigt förklara orsaken till att dag och natt uppkommer, hur olika årstider uppkommer samt vad som menas med solförmörkelse och månförmörkelse.

Lite fakta som hjälp:

  • Solen roterar fortare vid ekvatorn än vid polerna. Vid ekvatorn är rotationstiden 25 dygn, men nära polerna är den 35 dygn (vilken utmaning att dramatisera!)
  • Jorden roterar kring sin egen axel på 1 dygn (24 timmar), runt solen på 1 år (365 dygn)
  • Månen roterar kring sin egen axel på 1 månad (29,5 dygn) och runt jorden på samma tid
  • I vår aktivitet hamnar solen, jorden och månen i samma plan. Det gör att vi får förmörkelser varje gång de tre kropparna hamnar i linje. I verkligheten snurrar de i olika plan, som bara ibland sammanfaller. Solförmörkelser inträffar oftast två gånger per år.

Projektet Nordlab vid Göteborgs universitet handlar om elevtänkande och undervisningsidéer kring jorden som planet i rymden, se bifogad länk nedan.

Planeterna i vårt solsystem

Det är inte lätt att förstå de enorma avstånd som det är i rymden men man kan i alla fall få en liten föreställning om vilka planeter som ligger "nära" respektive långt ifrån varandra.

Vi lägger ut ett 100 m rep på lämplig plats, gärna med ena änden i solen och andra i skuggan. I soländen lägger vi en skylt med solen. Låt sedan eleverna placera ut planeterna (skyltar) på rätt avstånd från solen. Till sin hjälp har de en avståndstabell (se nedan) och 1 meters- samt 10 meters-markeringar på repet. Detta är en förenkling eftersom planeterna ej ligger på rak linje i rymden.

Det är heller inte lätt att förstå hur stora de olika planeterna är, men om vi utgår från att jorden är stor som en mini-bandyboll kan vi få en liten aning om planeternas inbördes storleksförhållanden.

Plocka fram bollar av olika slag som i förhållande till varandra visar planeternas storlek. Vilken boll representerar vilken planet? Lägg ut bollarna på marken längs repet.

Det är svårt att i samma skala både återge planeternas storlek i förhållande till varandra och deras avstånd till solen. Denna storleks- och avståndstabell kan vara till hjälp när ni gör aktiviteten. Visserligen finns Pluto med här, men det kanske kan leda till diskussioner om vad som egentligen menas med en planet.

Ett sätt att resa i vårt solsystem och ännu längre bort i universum är att använda ett datorprogram. Ett sådant är rymdsimulatorn Celestia. Det är ett fritt program där du kan färdas fritt genom universum till planeter, stjärnor och galaxer. Till Celestia finns även tilläggsprogram och lektionsförslag, främst för år 6-9 och gymnasiet.

  • Själva programmet finns på Celestias webbplats, se länk nedan
  • Tilläggsprogram och lektionsförslag hittar man på The Celestia Motherlode, seäven det via länk nedan

Samling under himlavalvet

Välj en molnfri kväll, gärna under vinterhalvåret, för att tillsammans med eleverna förundras och försöka hitta några stjärnor, planeter och satelliter. För att få det tillräckligt mörkt så måste man befinna sig en bit utanför tätbebyggt område.
Blunda och räkna till hundra. Öppna ögonen och titta upp mot himlen igen. Nu ser det ut att vara fler stjärnor. Ögonen har vant sig vid mörkret. En mörk klar kväll utan för mycket "månljus" och störande gatljus kan man se mellan 2000 och 2500 stjärnor! De ser ut att lysa olika starkt, vilket främst beror på att de ligger olika långt bort från jorden.

  • Lär er namnen på de som lyser starkast (har störst skenbar magnitud): Sirius, Arcturus, Vega, Capella, Rigel, Procyon, Betelgeuse, Altair, Aldebaran, Spica, Castor, Pollux, Deneb och Regulus.
  • Polstjärnan är en speciell stjärna även om den inte är en av de allra ljusaste. Det är den enda som inte rör sig på himlen. Nja, den rör sig visserligen i en väldigt liten cirkel, men det märker vi inte. Höjden över horisonten kan variera, men den ligger alltid i väderstrecket norr.
  • Några stjärnbilder kan man se året runt, t.ex. Karlavagnen, Lilla Björnen och Cassiopeja.
  • Vintergatans huvudplan kan ses projicerat på himlen som ett ljussvagt band.

Med en vanlig kikare (t.ex. en 7x50, d.v.s. 7 gångers förstoring och 50 mm linser) kan man se många fler stjärnor än med blotta ögat, och en del objekt som är för svaga för ögat att upptäcka. Med en sådan kikare är det lätt att orientera sig bland stjärnorna, eftersom man ser en ganska stor del av himlen samtidigt. Däremot kan det vara svårt att observera små detaljer, t.ex. på månens yta, eftersom det är svårt att hålla kikaren stilla utan stativ.

Fem av planeterna i vårt solsystem – Merkurius, Venus, Mars, Jupiter och Saturnus - går att se utan teleskop. Merkurius är mycket svår att se eftersom den är så nära solen, men de andra kan det löna sig att spana efter. De flesta kvällar brukar i alla fall en av dem vara synlig. Planeterna ser ut som stjärnor, men det finns några skillnader:

  • De ser ut att lysa med stabilt sken, medan stjärnor ser ut att blinka.
  • Man brukar se att de har en yta, medan stjärnor är mer som prickar.
  • De "lyser" starkare än de flesta stjärnor. Därför är det särskilt bra att leta efter dem i skymning och gryning.

Andra roliga objekt att observera med en kikare är t.ex. Andromedagalaxen, som ligger mer än två miljoner ljusår bort, olika stjärnhopar, t.ex. Plejaderna samt gasmolnet Orionnebulosan.

Det finns flera olika webbplatser på internet där man får reda på var på himlen olika stjärnor, stjärnbilder och planeter befinner sig just nu. En av dem är Heavens Above, se länk nedan, där man förutom detaljerade stjärnkartor även kan få reda på positionerna för rymdstationer och satelliter.

Så vad väntar du på? Planera din stjärntur och ha kul!

Faktaansvarig: Naturskolan