Experiment zum Größenvergleich Erde-Sonne

Themenbereich

Astronomie

Zielsetzung

Mit diesem Experiment soll verdeutlicht werden, wie klein die Erde im Verhältnis zur Sonne ist. Den Kindern soll klar werden, mit welch gewaltigen Dimensionen wir es zu tun haben. In der konkreten Ausprägung ist das übrigens auch für viele Erwachsene erstaunlich.

Kurzbeschreibung

Es wird ein Vergleich des Volumens von Erde und Sonne vorgenommen. Die Erde ist dabei eine Kugel von ca. 9mm Durchmesser, die Sonne eine von 1m.

Lesen Sie bitte auch den Gefahrenhinweis unten im Kleingedruckten!

Material

• Eine große Kugel mit ca. 100cm Durchmesser - das ist schwer zu beschaffen. Als geeignet haben sich beispielsweise Gymnastikbälle herausgestellt. Diese Kugel bildet die Sonne ab.
• Eine kleine Kugel mit ca. 0,9cm (9mm) Durchmesser. Als geeignet haben sich Kugeln aus defekten Kugellagern oder auch die Verbindungskugeln von "SuperMag" erwiesen. Letztere sind allerdings eigentlich etwas zu groß. Im Notfall soll auch eine Erbse durchaus geeignet sein. Diese Kugel repräsentiert die "Erde" - daher sollte der Maßstab so einigermaßen stimmen...
• Einige weitere Kugeln mit unterschiedlichen Durchmessern. Was genau ist nicht so wichtig - es kommt darauf an, unterschiedliche Möglichkeiten zum Raten zu bieten. Wenn möglich, sollten sehr unterschiedliche Größen vertreten sein. Ich verwende z.B. gelegentlich einen Hüpfball (knapp 40cm Durchmesser), einen Fußball und einen Tennisball. Das gibt schon recht schöne Abstufungen.

Wenn Sie Schwierigkeiten haben, Kugeln im passenden Maßstab zu finden, lesen Sie bitte weiter unten auch "Ergänzendes".

Durchführung

Der Kernpunkt dieses Experiments ist es, die Kinder etwas zu verblüffen. Ich habe selten erlebt dass jemand ohne astronomische Vorkenntnisse die richtigen Größenverhältnisse errät (auch Erwachsene nicht). Wichtig ist es daher, bei diesem Experiment genügend Zeit zum "Raten" zu lassen. Je nach Gruppengröße, Alter und Zusammensetzung kann sich während des "Ratens" auch eine angeregte Diskussion zwischen den Kindern entwickeln. Falls das der Fall ist, freuen Sie sich und unterbinden Sie es nicht. Gerade diese Diskussion vertieft das Wissen. Aber auch mit einem Kind alleine kann man das Experiment durchführen. In dem Fall können Sie ja vielleicht selbst nachfragen, warum es denn diese bestimmte Kugel auswählt. Auch die Antwort "einfach so" sollte man akzeptieren. Es geht ja nicht um wissenschaftliche Arbeit sondern Spaß am Wissen.

So, nun zur eigentlichen Durchführung. Das ist einfach. Man erklärt, dass die größte Kugel die Sonne abbilden soll. Dann fragt man, welche der anderen Kugeln denn wohl in diesem Modell der Erde entsprechen würde. Lassen Sie die Kinder ein wenig "raten". Am meisten Spaß macht es mit einer kleinen Gruppe, in der jeder seine Meinung abgeben kann. In einer großen Gruppe kann man ggfs. abstimmen und einige Wenige auswählen lassen. Wenn das "Raten" beendet ist, stellen Sie die Lösung vor - meist wird Ihnen Erstaunen sicher sein.

Es kann übrigens auch nützlich sein, eine Kugel, die größer als die "Sonne" ist und eine die kleiner als die "Erde" ist zu verwenden. Das mit der größeren Kugel habe ich bisher noch nicht versucht, einfach auch weil es ohnehin schon schwierig genug ist, so etwas in dieser Größe zu finden. Aber es wäre wahrscheinlich recht interessant zu sehen, ob die auch jemand auswählt (die Sonne erscheint am Himmel ja so klein).

Ergänzendes

Die Sonne hat den 109fachen Durchmesser der Erde und ein entsprechend gigantischeres Volumen. Die Sonnenmasse ist übrigens nicht im gleichen Maße größer, da die Sonne überwiegend aus leichten Elementen (Wasserstoff und Helium) besteht. Aber das führt hier zu weit...

Es ist nicht unbedingt wichtig, einen 109fachen Durchmesser zu erhalten. Geeignete Vergleichsmaterialen in exakt der richtigen Größe sind schwer zu finden. Ich halte es auch vertretbar mit einem Verhältnis von 90 bis 120 zu arbeiten. Wichtig ist, dass die Erdkugel nicht zu klein wird, irgendwann "begreift" man dann nämlich nicht mehr das korrekte Verhältnis (eine "Sonne" mit 40cm Durchmesser halte ich persönlich für zu klein, auch wenn man eine entsprechend kleine Kugel für die "Erde" findet). Bitte benutzen Sie keinesfalls ein zweidimensionales Modell! Es klingt sicherlich verlockend, eine 109cm große Papierscheibe auszuschneiden (findet man leicht) und daneben eine 1cm große. Dadurch wird aber die Räumlichkeit und damit die Größenordnung des Unterschieds nicht bewußt. Die zweidimensionale Abbildung vermag nicht den realen Eindruck zu vermitteln. Wenn Sie es nicht glauben: versuchen Sie es einfach mal. Ruhig auch mit dem Vergleich  zweier kleinerer Kugeln mit ebensolchen Kreisen. Fazit: Es lohnt sich, nach geeigneten Kugeln Ausschau zu halten.

Je nach Alter und Verständnis der Kinder kann durchaus die Frage aufkommen, ob denn der Mond auch so groß wie die Sonne sei. Denn wenn man genau hinschaut, bemerkt man, dass Mond und Sonne ungefähr gleich groß erscheinen. Das liegt aber daran, dass die Sonne ungefähr 400 mal weiter von der Erde entfernt ist als der Mond, und gleichzeitig auch ca. 400 mal größer. Dadurch erscheinen beide Objekte von der Erde aus gesehen gleich groß. Dieses Thema sollte man aber meines Erachtens nur ansprechen, wenn wirklich danach gefragt wird. Ach ja: der Mond ist grob gesagt 3,5 mal kleiner als die Erde (bei Betrachtung des Durchmessers).

Ergänzend zu diesem Experiment kann man auch noch ein Experiment zur Verdeutlichung der Entfernungen zwischen Sonne und Erde durchführen.

Bitte um Feedback

Für weitere Anregungen und auch Erfahrungsberichte beim Einsatz dieser Anleitung wäre ich sehr dankbar. Senden Sie mir doch bitte einfach Mail.

Das Kleingedruckte...

Diese Experimentieranleitung ist Copyright (C) 2005 Rainer Gerhards. Für Experimentierzwecke dürfen Sie sie gerne ausdrucken und vervielfältigen. Eine weitergehende Nutzung (z. B. auf Ihrer Web-Seite) ist ohne ausdrückliche schriftliche Genehmigung seitens des Autors nicht gestattet. Im Zweifel fragen Sie bitte per Mail an. Bereits jetzt möchte ich aber darauf hinweisen, dass ich empfehle diese Anleitung zu verlinken. Das ermöglicht es, sie aktuell zu halten. Wenn Sie ihn auf Ihre Seite übernehmen möchten, sollten Sie eine gute Begründung dafür liefern. Alle Angaben in dieser Anleitung sind nach bestem Wissen und Gewissen erstellt. Fehler können aber nicht gänzlich ausgeschlossen werden. Sie erhalten diese Anleitung kostenlos. Nutzen Sie sie auf ihr eigenes Risiko. Der Autor schließt jegliche Haftung aus. Da es sich um ein astronomisches Thema handelt, sei auch dieser allgemeine Ratschlag noch einmal genannt: Betrachten Sie niemals die Sonne mit dem ungeschützten Auge, erst recht nicht durch ein Fernrohr. Sofortige Erblindung könnte die Folge sein! Achten Sie auch darauf, dass Ihre Kinder diese Regel beherzigen. Gerade bei dem geschilderten Versuch besteht die Gefahr, dass Kinder während oder nach dem Versuch die Sonne betrachten möchten. Wenn sie dazu ein Fernglas verwenden, wird es kritisch. Leiten Sie die Kinder entsprechend an und beaufsichtigen Sie sie.