Projektphase 3: Der Sonnenmittag

1 Eingangstest: Fragebogen für die Schüler 2 Projektphase 1: Die Beobachtungen des Eratosthenes verstehen und versuchen, sie nachzuahmen 3 Projektphase 2: Anfertigung und Benutzung von Gnomonen 4 Projektphase 3: Der Sonnenmittag 5 Projektphase 4: Den Winkel zwischen den Sonnenstrahlen und der Senkrechten messen 6 Projektphase 5: Den Umfang der Erde messen 7 Abschlusstest – Fragebogen für die Schüler

Publikation:	3.4.2008
Lernstufe:	3
Übersicht:	Form der Sonnenbahn; Veränderung ihrer Höhe im Lauf der Monate Sonnenmittag Rotationsrichtung der Erde Einführung des Begriffs "Meridian" (Längenkreis)
Herkunft:	La main à la pâte, Paris. Originalversion: www.fondation-lamap.org/eratos

Einleitung

In dieser Projektphase sollen die Kinder herausfinden, wann Sonnenmittag ist. Mit Hilfe einer Lampe, die über ihren Gnomon hinweg wandert, werden sie den Lauf der Sonne simulieren und den Sonnenmittag reproduzieren. Anschließend werden sie zwei auf einem Ball befestigte Minignomone beleuchten und dabei die von Eratosthenes am Sonnenmittag in Alexandria und Syene gemachten Beobachtungen nachvollziehen.

Erinnern wir uns, dass der Sonnenmittag dem Zeitpunkt entspricht, an dem sich die Sonne in der Mitte ihres täglichen Laufs am Himmel befindet und ihre maximale Höhe über dem südlichen Horizont (oder dem nördlichem Horizont, falls der Beobachter sich auf der Südhalbkugel befindet) erreicht. Die Schatten sind dann am kürzesten und zeigen nach Norden (bzw. nach Süden). Wir weisen darauf hin, dass es sich um den geografischen Norden – den Nordpol – (bzw. Süden) handelt, der leicht von dem vom Kompass angezeigten magnetischen Norden (bzw. Süden) abweicht. Wenn die Schüler diese Abweichung bei den Schattenaufnahmen nicht bemerken (oder nicht bemerken können, da die Abweichung an dem Standort nur gering ist), wird das Wort Norden ohne Unterschied für beide Richtungen benutzt. Wir erinnern auch noch einmal daran, dass die Sonne an Orten gleicher Länge (die also auf dem gleichen Meridian liegen) zum gleichen Zeitpunkt ihren Höchststand erreicht.

Anmerkung: In den über dem Wendekreis des Krebses liegenden Regionen der Nordhemisphäre (also überall in Europa) zeigen die Schatten am Sonnenmittag (und auch zu anderen Tageszeiten) das ganze Jahr über nach Norden. In den südlich des Wendekreises des Steinbocks liegenden Regionen der Südhemisphäre ist es umgekehrt, dort zeigen die Schatten immer nach Süden. Und in den Regionen zwischen den beiden Wendekreisen? Dort ist es nicht so eindeutig, denn dort steht die Sonne zweimal im Jahr am Sonnenmittag genau senkrecht über der Erde (im Zenit), wirft also zu diesen beiden Zeitpunkten gar keine Schatten. Sonst zeigen die Schatten in diesen Regionen am Sonnenmittag (und auch sonst am Tag) für einen Teil des Jahres nach Norden und den Rest des Jahres nach Süden. Um den Text nicht zu sehr zu komplizieren, haben wir uns dazu entschieden, die Vorgänge für Standorte, die nördlich des Wendekreises des Krebses liegen, zu beschreiben. Schulen an Standorten südlich des Wendekreises des Steinbocks müssen lediglich Norden und Süden vertauschen, um der Beschreibung folgen zu können. Bei Schulen in den Regionen zwischen den beiden Wendekreisen (in den Tropen) muss dagegen diese Vertauschung nur für den Teil des Jahres vorgenommen werden, in dem die Schatten am Sonnenmittag nach Süden zeigen.

Vorbemerkungen: Noch einmal auf den rätselhaften Sonnenmittag eingehen

In der vorhergehenden Projektphase haben die Kinder schon mit dem Sonnenmittag Bekanntschaft gemacht, als sie beobachtet haben, wie sich der Schatten ihrer Gnomone im Verlauf des Tages veränderte: Er drehte sich und wurde bis zur Tagesmitte immer kürzer, um danach wieder zu länger zu werden. Die Schattenumrisse öffneten sich wie ein Fächer nach Norden. Dieser Norden wurde irgendwann überschritten, aber es wurde bisher noch nicht genau festgehalten, wann dies genau geschah. Um die Neugier der Schüler noch zu steigern, lassen Sie sie folgende Textstelle lesen:

Schon seit alters her und lange vor Eratosthenes hat man beobachtet, wie sich der Schatten eines Stabes (oder eines Obelisken) verändert. Man hat auf diese Weise den Lauf der Sonne im Verlauf des Tages – und auch des Jahres – verfolgt. Mit Hilfe von Markierungen an der Spitze des Schattens diente der Schatten von einem Tag zum nächsten als Uhr, und von einer Jahreszeit zur nächsten als Kalender. Das Erstaunlichste aber war, dass man den Schatten zu einem bestimmten Zeitpunkt des Tages sowohl als Uhr als auch als Kalender benutzen konnte. Das war der Zeitpunkt, an dem er am kleinsten war. Man nennt diesen Zeitpunkt den Sonnenmittag. Jeder wartete auf diesen Augenblick: Eratosthenes, um seine Messungen zu machen, aber auch die Karawanenführer und – aus einem weiteren Grund, den ihr noch entdecken werdet – sogar die Pyramidenbauer.

Die hierauf folgenden Kommentare und Diskussionen werden sicher deutlich machen, dass man zu allererst herausfinden muss, was der Sonnenmittag genau ist. Wir werden sehen, dass sich dies mit einer weiteren Serie von Messungen der Schattenlängen klären wird, und dass die Beobachtungen uns gleichzeitig auch Aufschluss über die noch mysteriösen Passagen dieses Textes geben werden, entweder unmittelbar oder etwas später im Jahr, nach zwei oder drei weiteren Messungen.

Letzte Aktualisierung: 29.11.2023