Category Archives: Möbiusband

1. Ferienwoche: Mars

Ich kenne viele Leute, die denken, dass es nur genau zwei gute Gründe gibt, Lehrer zu werden: Juli und August. Überhaupt reduzieren viele die Lehrer auf (zu) viel Ferien und halten es für ein Gerücht, dass wir dort wirklich arbeiten. Vorbereiten heisst nicht unbedingt nur ein neues Aufgabenblatt oder eine neue Unterrichtseinheit zusammenstellen. Vorbereiten heisst auch administrative Sachen zu erledigen (davon gibt es eine Menge), aber auch immer fachlich up-to-date zu sein und einen (möglichst grossen) Wissensvorsprung zu haben. In meinen letzten Posts habe ich ja schon öfters auf die geplante anstehende Marsreise verwiesen. Da das so langsam aber sicher ernst wird, habe ich mir vorgenommen, mein Wissen darum aufzufrischen. Auffrischen, weil ich im Jahr 1996 schon einiges darüber gelesen habe. Damals hat die NASA den Mars Pathfinder Sojourner auf den Mars geschickt; das war ein Riesenereignis und in Obwalden unter anderen deswegen jedem bekannt, weil die dort ansässige weltweit operierende Firma Maxon Motor der NASA dafür Präzisionsmotoren geliefert hat. Motoren aus Obwalden sind also seit 1997 (dann ist das Teil gelandet) bereits auf dem Mars!

Eric Aguilar order 111211 Group photos in Mars Yard MER DTM, Marie Curie, MSL DTM, Matt and Wes photog: Dutch Slager

Eric Aguilar order 111211
Group photos in Mars Yard
MER DTM, Marie Curie, MSL DTM, Matt and Wes
photog: Dutch Slager

Jetzt, 20 Jahre später, ist der Mars wieder aktuell – unter anderem weil der Tesla-Erfinder Elon Musk ihn kolonisieren will, aber auch weil vor einem Jahr die Verfilmung des Romanes The Martian (Der Marsianer) in die Kinos gekommen ist. Alles rund um Elon Musk und Mars verfolge ich relativ stetig, Romane und Filme hingegen nicht so. Trotzdem – in weiser Voraussicht, dass es Schülerfragen dazu geben könnte in Zukunft – habe ich während all meinen Autofahrten in der ersten Ferienwoche das Hörbuch des Marsianers gehört und auch die Verfilmung an einem Abend (2 Stunden 21 Minuten) angeschaut… Es fängt zwar mit einem kleinen Physik-Fail an (in der 6 hPa dünnen Atmosphäre des Mars wird es kaum Stürme der beschriebenen Stärke geben, so dass die Mission abgebrochen werden muss), geht dann aber wissenschaftlich okay weiter. Das Buch ist dabei weit „chemischer“ und „technischer“ als der Film.

Jetzt aber zu den Fakten… Zu dem, was eigentlich jeder Mittelschüler über den Mars wissen muss. Erstens ist er einer von den ursprünglichen 9 Planeten unseres Sonnensystems. (Ich finde es nicht verkehrt, weiterhin von diesen 9 zu sprechen, obwohl die IAU Pluto den Status „Planet“ vor 10 Jahren aberkannt hat.) Die 9 Planeten sollte man in der richtigen Reihenfolge (d.h. in grösserwerdendem Abstand zur Sonne) aufzählen können. Mein Vater erklärt mir jeden Sonntag unsere neun Planeten hilft dabei als Merkspruch. Nun wäre der Mars nach der Erde der zweite Planet, auf welchen wir Menschen Fuss setzen würden. Die Zahl „2“ ist jetzt wichtig: Mars ist halb so gross wie die Erde, ein Jahr dauert dort zweimal so lang wie auf der Erde und er ist nicht ganz zweimal so weit weg von der Sonne wie die Erde (es ist etwa 1.5-mal). Alle zwei Jahre (bzw. 26 Monate für Besserwisser) kommt er der Erde sehr nahe und er hat zwei Monde (Phobos und Deimos, Furcht und Schrecken). Die Atmosphäre dort besteht vor allem aus CO2, ist aber sehr dünn. Er ist zudem rot, weil es auf seiner Oberfläche viel Rost hat (Eisenoxid) und neuere Untersuchungen zeigen, dass es unter dieser Oberfläche viel Eis gibt, also Wasser. Ein Marstag dauert ein wenig mehr als ein Erdentag und man nennt ihn Sol. Der Kriegsgott Mars ist nicht nur Namensgeber für den Planeten, sondern auch für den Monat März und Vornamen wie Marco oder Markus. Vor 20 Jahren musste man übrigens nicht über den Mars Bescheid wissen. Damals war irgendwie immer noch die Mondlandung die Messlatte für Wissen über Raumfahrt. Als Mittelschüler sollte man auch da die wichtigsten Fragen beantworten können… Wann waren Menschen das erste Mal auf dem Mond? Wie viele sind seither dort gewesen? Wie weit ist der Mond weg von der Erde? Wie gross ist er? Wie lange dauert ein Umlauf um die Erde? Das ist Basicwissen. Und da ich schon bei Raumfahrt war, hab ich mir direkt noch den IMAX-Film zur Raumstation aus dem Jahr 2002 sowie Interstellar angeschaut. Ich denke, ich bin jetzt gut auf Fragen vorbereitet…

Die zweite Sache, mit der ich mich von Berufs wegen diese Woche beschäftigen „musste“, war der Nobelpreis in Physik. Das Nobelkomitee stellt jeweils auf seiner Webseite zwei PDFs zur Verfügung, welche erklären, wofür die Preise vergeben wurden. Eines eher so populärwissenschaftlich für 20-Minuten-Reporter (5 Seiten), eines eher so wissenschaftlich für Physiklehrer (28 Seiten). Beides zu lesen und vor allem auch nachzuvollziehen – das ist echt Arbeit. Das lange PDF gefällt mir nur schon besser, weil es in LaTeX gesetzt ist. Aber zurück zum Thema: Man weiss, dass auf atomarer Ebene eine Art andere Physik gilt, als die, mit der wir (mehr oder weniger) aus dem Alltag intuitiv vertraut sind. Man nennt sie Quantenphysik. Man kann einige Effekte davon – wenn man zu sehr tiefen Temperaturen nahe es absoluten Nullpunktes wechselt – auch für das blosse Auge sichtbar machen, z.B. Suprafluidität:

Thouless, Haldane und Kosterlitz haben den Nobelpreis nun dafür bekommen, dass sie in diese Kategorie gehörende Effekte in sehr dünnen, als 2-dimensional geltenden Materialien mit einer neuen Theorie mathematisch exakt beschreiben können. Die Theorie bedient sich der Topologie, einem Teilgebiet aus der Mathematik, welches sich – für Anfänger erklärt – mit Objekten wie einem Möbiusband beschäftigt:

mobius

Das ist eigentlich ein Streifen Papier, welcher nur eine Seite hat… Wenn man einen Kugelschreiber nimmt und in der Mitte auf diesem Band der Länge nach anfängt eine Linie aufzumalen, so kommt man wieder beim Ursprungspunkt an und hat „alles“ vermalt. Man muss bzw. kann nicht wie bei einem „normalen“ Band die Seite wechseln. Es ist sehr einfach, so ein Band herzustellen und es auszuprobieren. Solche Dinge untersucht und beschreibt die Topologie. Mit solchen Theorien haben die drei Nobelpreisgewinner nun Effekte auf atomarer Ebene beschrieben.

Ihr seht – nebst den ganzen administrativen Sachen hatte ich auch in den Ferien eine Menge Arbeit…