DE4000906A1 - Projizierbare sternkarte zur darstellung verschiedener himmelserscheinungen - Google Patents

Description

Sternkarten erleichtern das Erkennen und Auffinden von Stern­ konfigurationen oder bestimmten Sternen am nächtlichen Himmel. Im Bereich der Amateurastronomie sind drehbare Sternkarten gebräuch­ lich, die die Position der Sterne innerhalb des verfügbaren Horizontausschnittes auch in Abhängigkeit von Datum und Uhrzeit anzeigen. Vorzugsweise für Unterrichtszwecke ist es vorteilhaft, eine solche drehbare Sternkarte aus transparentem Material zu benutzen und einem Kreis von Zuschauern, z. B. Schülern, auf einem Overheadprojektor darzubieten. Bei einer solchen Projek­ tionsweise bleiben jedoch die Hell-Dunkel-Verhältnisse gegenüber den Gegebenheiten in der Natur vertauscht.

Ein für Unterrichtszwecke in seinem didaktischen Wert unerwartet hoher Effekt tritt ein, wenn man die Hell-Dunkel-Darstellung bei der Projektion wieder den naturgegebenen Verhältnissen anpaßt. Wenn man in einem sehr gut abgedunkelten Raum die Sterne als leuchtende Punkte im dunklen Umfeld des nächtlichen Himmels projiziert, ist eine wirkungsvolle Simulation des nächtlich beobachtbaren Sternhimmels erreichbar, die durchaus an die Wirkungen erinnert, die man mit der Projektion des Sternhimmels in einem Planetarium erzielt.

Dazu wird auf die Schreibebene des Overheadprojektors ein licht­ undurchlässiges Material gelegt, das nur an kleinen, nadelstich­ artigen Öffnungen, die entsprechend den Sternpositionen angeord­ net sind, das Projektionslicht hindurchläßt. Zweckmäßigerweise ist diese Sternkarte von der Größe, daß die Lichtaustrittsöffnung des Overheadprojektors in der Schreibebene zugedeckt wird, so daß das Umfeld der projizierten Sterne dunkel bleibt.

Um die tägliche Drehung des Fixsternhimmels darzustellen, wird diese Sternkarte drehbar auf einer klar transparenten Unterlage befestigt. Zweckmäßigerweise ist diese Unterlage nur in einem Bereich lichtdurchlässig, der dem Horizontausschnitt der üblichen drehbaren Sternkarten entspricht, und in dem übrigen umgebenden Bereich lichtundurchlässig. Da diese Unterlage die Lichtabdeckung aller Randbereiche übernimmt, kann die Sternkarte dann vorzugs­ weise kreisförmig sein. Als sehr einfach montierbare und lösbare Achse für diese Drehung kann beispielsweise ein Druckknopf dienen.

Es ist ein Vorteil dieser Erfindung, daß sie eine verhältnismäßig naturnahe Simulation mit so einfachen Mitteln ermöglicht, daß sie leicht im Klassenzimmer realisierbar und wegen voraussichtlich geringen Preises leicht verfügbar ist. Die in den Ansprüchen 1 bis 2 beschriebenen Vorrichtungen bestehen vorzugsweise aus bedruck­ ter Pappe bzw. transparenter Folie. Die nadelstichartigen Öffnun­ gen können entweder vom Hersteller mit einem Stanzwerkzeug ange­ bracht werden oder, im Falle der Ausgestaltung als Selbstbau­ satz, vom Erwerber mit einer Nadel von Hand gestochen werden.

Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung z. B. gegenüber der Projektion von Fotos des nächtlichen Sternhimmels ist, daß der gesamte sichtbare Sternhimmel mitsamt seiner täglichen scheinbaren Drehung sowie mit dem Auf- und Untergang der Gestirne an den Grenzen des Horizontausschnittes betrachtet und je nach Unter­ richtsverlauf bewegt bzw. eingestellt werden kann.

Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung gegenüber einer Planeta­ riumsdarbietung besteht darin, daß bei einer solchen Projektion in Unterrichtsraum alle Fragen der Zuschauer bzw. Schüler dis­ kutiert werden können. Sie kann einen Planetariumsbesuch mit dessen Darstellungsqualität selbstverständlich nicht ersetzen, ist aber eine vorzügliche Hilfe zur Vorbereitung eines solchen Besuches.

Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung gegenüber bisher bekannten Sternkarten besteht darin, daß sie gemäß Anspruch 3 einen konti­ nuierlichen Übergang der Helligkeit des Himmelhintergrundes zwischen Tag und Nacht ermöglicht, während sich die Helligkeit der projizierten Sterne nicht verändert. Die Sichtbarkeit verliert sich lediglich durch das heller werdende Umfeld. Hierdurch wird ein in der Natur beobachtbarer Vorgang sehr vor­ teilhaft simuliert, weil er durch die Zeitraffung verdeutlicht wird. Dadurch wird das Verschwinden des sichtbaren Sternhimmels während des Tages infolge der Überflutung der Atmosphäre mit Sonnenlicht im Unterricht gut verständlich gemacht.

Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung gegenüber bisher bekannten Sternkarten besteht darin, daß sie kontinuierliche Farbübergänge des Himmels zwischen Tag und Nacht insbesondere mit der Dar­ stellung des Himmelblaus in verschiedenen Sättigungsgraden simulieren kann.

Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung besteht darin, daß sie es ermöglicht, durch Benutzung doppelbrechenden Materials inmitten des projizierenden Fixsternhimmels Sonderbewegungen von leuchtenden Himmelskörpern, z. B. die des Mondes oder von Planeten, vor dunk­ lem Hintergrund darzustellen. Diese Bewegungen können von Hand nach Gutdünken entsprechend dem Unterrichtsverlauf vorgenommen, wiederholt bzw. abgewandelt werden. Von besonderem Interesse für den Unterricht ist dabei die Erörterung von Planetenschleifen. Ebenso können zu Lehrzwecken mit Hilfe von doppelbrechendem Material leuchtende Koordinaten, Beschriftungen oder andere Hinweise auf dem dunklen projizierten Hintergrund eingeblendet und bewegt werden.

Die Möglichkeit einer solchen getrennt bewegbaren, leuchtenden Einblendung in einen dunkleren Projektionshintergrund ist eine prinzipiell neue Darstellungsweise, die der allgemein gebräuch­ lichen Projektionsweise, die mit Abdunkelungen bzw. Abdeckungen auf hellem Untergrund arbeitet, gewissermaßen entgegengesetzt ist. Diese Darstellungsweise wird dadurch möglich, daß zwischen zwei gekreuzten linear polarisierten Folien, die kein Licht mehr durchlassen, ein doppelbrechendes Material eingefügt wird, das aus dem linear polarisierten Licht, das durch die erste Folie hindurchtritt, zirkular bzw. elliptisch polarisiertes Licht entstehen läßt. Dieses enthält dann eine Polarisationskomponente, die in der Lage ist, durch die zweite Polarisationsfolie hin­ durchzutreten. Bei gleichzeitiger Ausnutzung wellenlängenabhän­ giger Auslöschungen bzw. Verstärkungen kann das durch diese Anordnung hindurchtretende Licht farbig erscheinen (zur Erläu­ terung der Physik z. B. in Eugene Hecht, Optik, Addison-Wesley Verlag (Deutschland) GmbH, 1989, S. 326-327). Die Erzeugung solcher großflächiger kontinuierlicher Farbübergänge ist von anderen Sternkarten her nicht bekannt.

Mit speziellem Vorteil für Lehrzwecke ist es ferner möglich, den Erdschatten am Himmel darzustellen. In der Natur ist dieser Schatten im leeren Raum nicht sichtbar. Er wird in der Natur erst erkennbar, wenn sich ein Körper in diesem Schattenraum befindet. Dieser Fall tritt jedoch ein, wenn sich der Mond in diesen Schattenraum hineinbewegt, und ist dann als Mondfinsternis beob­ achtbar. In der vorliegenden Erfindung kann, wie bereits oben beschrieben, die hell leuchtende Mondscheibe vor dem nächtlich- dunklen Himmelsgrund bewegt werden. Bei der beschriebenen zusätz­ lichen Einfügung des Erdschattens in diese Projektion kann das Eintauchen der Mondscheibe und der ganze übrige Verlauf einer Mondfinsternis, wie sie sich dem irdischen Beobachter zeigt, simuliert werden. Wenn dieser Schatten nicht durch eine einfache Pappscheibe, sondern durch eine Scheibe aus linear polarisieren­ dem Material realisiert wird, dann verschwindet die abgeschatte­ te Mondfläche nicht vollkommen, sondern ist stark abgedunkelt weiterhin so sichtbar, wie der verfinsterte Mond in der Natur durch Streulicht, das die Erdatmosphäre passiert hat, schwach erleuchtet bleibt. Die starke Rotfärbung des Mondes in dieser Phase kann durch wellenlängenabhängige Effekte, die weiter oben beschrieben wurden, ebenfalls simuliert werden.

Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist es, daß selbst diejeni­ gen Sterne, die in den so simulierten Erdschatten eintauchen, keineswegs ausgelöscht werden. Durch geeignete Orientierung der Polarisationsrichtung des Materials für den Erdschatten kann dafür gesorgt werden, daß diese Sterne unverändert hell proji­ ziert werden. Diese Konsistenz mit den Bedingungen in der Natur ist ein interessanter Vorzug dieser Technik. Für Unterrichts­ zwecke ist es zugleich von großem Interesse, bei zunächst halb­ dunklem Himmelshintergrund zu zeigen, wie sich der Erdschatten auf der Ekliptik bewegt. Bei der Simulation der Mondfinsternis kann der Himmelshintergrund anschließend auf völliges Dunkel eingestellt werden, so daß auch der Erdschatten nicht mehr sichtbar ist. Erst bei der Überdeckung der eingefügten doppel­ brechenden Mondscheibe mit diesem Erdschatten wird dieser sichtbar, und zwar ungefähr so, wie der irdische Beobachter eine Mondfinsternis wahrnimmt. Diese für Unterrichtszwecke wichtige Darstellungsmöglichkeit ist neu.

Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung insbesondere für Unter­ richtszwecke ist die Möglichkeit gemäß Anspruch 7, daß einzelne Sternbilder oder Sternbildgruppen in der Projektion ausgewählt betrachtet werden können, indem die Sternkarte nach Anspruch 1 bzw. 2 mit einem Bogen Papier zugedeckt wird, der für die aus­ gewählten Sternbilder Ausschnitte besitzt.

Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung ist, daß sie das Funkeln der Sterne zu simulieren gestattet. Dies geschieht gemäß Anspruch 8 auf sehr einfache Weise dadurch, daß eine klar transparente Folie, die in geeigneter Dichte dünne absorbierende Linien trägt, über der Sternkarte leicht hin- und herbewegt wird. Diese Linien verdecken dann kurzzeitig, statistisch verteilt, die einzelnen Sternprojektionen und erzeugen so den Eindruck des Funkelns. Diese Linien können geordnet oder ungeordnet sein. Sie sollten lediglich über die ganze Fläche mit einer hinreichend gleichen Dichte verteilt sein.

Alle hier beschriebenen Vorrichtungen und Wirkungen sind sowohl in Experimentiervorträgen vor sachkundigem Publikum als auch im Schulunterricht mit Erfolg erprobt worden und stehen zur Unter­ suchung der behaupteten Wirkungen zur Verfügung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Fig. 1 erläutert. Fig. 1 zeigt die drehbare Sternkarte in der Ausgestal­ tung vorzugsweise nach Anspruch 2. Die die nadelstichartigen Öffnungen tragende, kreisförmige Sternkarte (1) ist in (2) mit Hilfe einer Achsführung, z. B. in Gestalt eines Druckknopfes oder eines Niets, drehbar auf der Unterlage (3) befestigt, die in dem ungefähr elliptischen, als Horizontausschnitt fungierenden Teil (4) klar transparent und in dem übrigen Teil (5) nicht lichtdurchlässig ist. Zur Unterscheidung dieser Anteile (4) und (5) von (3) ist der Anteil (5) schraffiert dargestellt. Diese ganze Anordnung wird so auf die Schreibebene eines Overheadprojektors gelegt, daß sie deren Lichtaustrittsfläche möglichst vollständig bedeckt, so daß das Projektionslicht nur durch die nadelstichartigen Öffnungen innerhalb des Horizontalausschnittes hindurchtreten kann. Die Positionen der Sterne auf der Sternkarte können wie in Fig. 1 angedeutet, durch aufgedruckte Linien miteinander verbunden sein, um die Zuordnung von Sternen und Sternbildern zu erleichtern.

Claims (8)

1. Projizierbare Sternkarte zur Darstellung verschiedener Himmelserscheinungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Sterne aus licht­ undurchlässigem bzw. lichtteildurchlässigem Material besteht und nur an kleinen nadelstichartigen Öffnungen, die ent­ sprechend den Sternpositionen angeordnet sind, das Licht weitgehend ungehindert hindurchläßt.

2. Projizierbare Sternkarte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sternkarte zur Darstellung der scheinbaren täglichen Drehung des Fixsternhimmels dreh­ bar auf einer klar transparenten Unterlage befestigt ist, wobei diese Unterlage zweckmäßig nur in einem Bereich licht­ durchlässig ist, der dem Horizontausschnitt bei üblichen drehbaren Sternkarten entspricht, und in dem übrigen umgebenden Bereich lichtundurchlässig ist. Die Sternkarte ist dann vorzugsweise kreisförmig. Als einfach montierbare und lösbare Achse für diese Drehung kann beispielsweise ein Druckknopf dienen.

3. Projizierbare Sternkarte nach Anspruch 1 bzw. 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sternkarte jedoch aus einem Material besteht, das das Licht linear polarisiert, und daß eine zweite Polarisationsfolie von zumindest gleicher Größe, die ihrerseits kein Sternmuster trägt, zur Simulation von Dämmerungserscheinungen in verschiedenen Orientierungen über die Sternkarte aus lichtpolarisierendem Material gebracht werden kann, so daß sich die Intensität des durch beide Polarisationsfolien hindurchtretenden Lichtes ändert.

4. Projizierbare Sternkarte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden linear polarisierenden Folien eine weitere Folie aus klar trans­ parentem doppelbrechendem Material drehbar angeordnet wird, die das Licht, das durch die drei Folien in dieser Anordnung hindurchgeht, je nach deren Drehstellung farbig bzw. auf­ gehellt erscheinen läßt. An Stellen, an denen die eine der beiden linear polarisierenden Folien entsprechend den Sternmustern Öffnungen besitzt, tritt das Licht weiterhin ohne farbliche Veränderung hindurch.

5. Projizierbare Sternkarte nach Anspruch 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein doppelbrechendes Material in geeigneter Formgebung, z. B. als Mondsilhouette, Mond­ scheibe, Planetenscheibe, als Schriftzug, als Koordinaten­ linien oder als weiteres Informationszeichen, so zwischen die beiden linear polarisierenden Folien gebracht wird, daß trotz der gekreuzt zueinander angeordneten linear polari­ sierenden Folien dort entsprechend der Gestalt des einge­ fügten doppelbrechenden Materials Licht hindurchgelassen wird. Zweckmäßigerweise wird diese einzufügende, aus doppel­ brechendem Material ausgeschnittene Gestalt auf einem klar transparenten nicht doppelbrechenden Trägermaterial ange­ ordnet, so daß es mit dessen Hilfe nach Gutdünken in dem abgedunkelten Projektionsfeld hin- und herbewegt werden kann.

6. Projizierbare Sternkarte nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zwischen den beiden linear polarisierenden Folien, bzw. wahlweise vor oder hinter beiden eine dritte linear polarisierende Folien in geeigneter Konturierung, z. B. in Form des Erdschattens, hinzugefügt wird, um beispielsweise in einem durch die Polarisationswirkung der beiden erstgenannten Folien halb abgedunkelten Umfeld einen Schattenbereich darzustellen. Die Schattenintensität kann durch geeignete Orientierung der Polarisationsrichtung dieser dritten Folie nach Wunsch eingestellt werden.

7. Projizierbare Sternkarte nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sternkarte mit einem Bogen aus nichttransparenten Material, der geeignete Ausschnitte besitzt, so bedeckt wird, daß nur die durch diese Aus­ schnitte ausgewählten Sterne bzw. Sterngruppen projiziert werden.

8. Projizierbare Sternkarte nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß über der dort beschriebenen Sternscheibe eine klar transparente Folie, die mit dünnen absorbierenden Linien, deren Breite jedoch nicht kleiner ist als der Durchmesser der nadelstichartigen Öffnungen in der Sternkarte, bedeckt ist, hin- und herbewegt wird, so daß die Intensität der projizierten Sterne unregelmäßig variiert und so das Funkeln der Stirne simuliert wird.