MINT: Informatik-Diff-Kurs 9 steuert Sonnenteleskop via Netzwerk
Astronomie und Informatik? Was hat das denn miteinander zu tun? Sehr viel! Moderne Astronomie ist ohne Informatik gar nicht mehr denkbar. Teleskope auf der Erde und im Weltraum funktionieren voll automatisiert. Sie produzieren riesige Datenmengen, die mit Hilfe von Algorithmen analysiert werden. Einen ersten Schritt zur Verknüpfung dieser beiden Fächer unternahm der Informatikkurs der Klasse 9. Im Rahmen des Unterrichtsthemas “Netzwerke” versuchten die Schülerinnen und Schüler, ein Teleskop von einem Computer über ein Netzwerk zu steuern.
Unterstützt wurde dieses Vorhaben durch die regionale Bildungsinitiative Astronomy and internet in Münster AiM, die dem Kurs eine netzwerkfähige GoTo-Montierung vom Typ iOptron SkyHunter zur Verfügung stellte. Diese konnte mit Hilfe des Preisgeldes aus dem Citizen-Science-Preis der Universitätsstiftung Münster (wir berichteten) angeschafft werden. Zusammen mit dem schuleigenen Sonnenteleskop sollten dann Sonnenbeobachtungen durchgeführt werden. Ziel des Projektes war es, einen möglichst einfachen Weg zu finden, solche Beobachtungen mit Schulklassen durchzuführen. Dabei kommt es auf zwei Punkte an:
- Das Teleskop muss exakt auf die Sonne eingestellt werden. Das ist nicht so einfach, da zur Einstellung keine Suchfernrohre benutzt werden können. Ein Blick durch ein Fernrohr in die Sonne würde sofort die Netzhaut des Auges zerstören. (Deshalb hier auch der Sicherheitshinweis, das niemals selbst zu machen!)
- Die Montierung muss so justiert werden, dass das Teleskop während der Beobachtung dem Lauf der Sonne über den Himmel folgt.
Zur Steuerung des Teleskops musste die Montierung über ein Netzwerk von einem anderen Gerät angesprochen werden. Die Schülerinnen und Schüler nutzen dazu zwei Möglichkeiten. Erstens erzeugt die Montierung ein eigenes WLAN, in dem sich Geräte anmelden können. Die Geräte werden dann über den DHCP-Server in der Montierung für das WLAN-Netzwerk konfiguiert und können die Montierung über die vom Hersteller zur Verfügung gestellte Software ansprechen. Diese Software bot zwar leider nur einen sehr eingeschränkten Funktionsumfang, der für den genannten Zweck allerdings ausreichte: unter den wenigen von der Software zur Verfügung gestellten Objekten zur automatischen Ausrichtung der Montierung befand sich auch die Sonne.
Eine zweite Möglichkeit zur Teleskopsteuerung bot sich, indem die Montierung per USB an einen Computer angeschlossen wurde, der im Netzwerk der Schule eingebunden war. Auf diesem konnte dann eine Serversoftware gestartet werden, die über Treiber auf die Montierung zugreifen kann. Es war dann möglich, auf einem beliebigen Rechner in der Schule z.B. die freie Planetariumssoftware Stellarium mit diesem Server zu verbinden. Dann konnte in Stellarium jedes beliebige Objekt am Himmel eingestellt und das Teleskop angewiesen werden, sich auf dieses Objekt auszurichten.
Die Montierung ist als GoTo-Montierung prinzipiell selbst in der Lage, ein Teleskop auf ein vorgegebenes Objekt am Himmel einzustellen und dieses dann zu verfolgen. Dazu muss sie aber natürlich zunächst einmal “wissen”, wohin sie zu Beginn der Beobachtung ausgerichtet ist. Als problematisch erwies sich in diesem Zusammenhang das Aufstellen von Teleskop und Montierung mit einem Stativ auf dem Schulhof: dabei ist es nämlich kaum möglich, die Apparatur manuell exakt in die geforderte Nullposition zu bringen. Bei einer Beobachtung in der Nacht würde man stattdessen das Teleskop nacheinander auf drei oder vier helle Sterne justieren, wodurch die Montierung ihre exakte Positionierung ermitteln kann.
Da am Taghimmel jedoch die Sonne das einzige beobachtbare Objekt ist, muss die Montierung über die firmeneigene Software einmal exakt auf die Sonne eingestellt werden. Wie oben schon beschrieben kann dazu kein Suchfernroht benutzt werden. Die Schülerinnen und Schüler entwarfen stattdessen als Hilfsmittel einen Sonnenstab, der mit dem 3D-Drucker ausgedruckt wurde. Dieser wurde so designt, dass er direkt auf das Sonnenteleskop geschraubt werden kann. Mit seiner Hilfe war es dann deutlich einfacher, das Teleskop auf die Sonne einzustellen. Mit einer daran angeschlossenen geliehenen Kamera konnten dann auch einige nette Aufnahmen erstellt werden.
Um dann daraus detailreiche Bilder der Sonne zu erhalten, müsste man Aufnahmeserien mit verschiedenen Belichtungszeiten erstellen und die Daten kombinieren, da aufgrund deutlich unterschiedlicher Helligkeiten etwa der Sonnenscheibe und der Eruptionen nicht alle Bereiche auf einer einzelnen Aufnahme korrekt belichtet werden können. Diesem Problem wird sich an anderer Stelle noch gewidmet werden.
Den Schülerinnen und Schülern war jedoch auch so die Freude anzumerken, die frisch erworbenen Kenntnisse zu Netzwerken direkt anhand einer praktischen Problemstellung ausprobieren zu können.
