Zehnhoch Mikrokosmos & Makrokosmos mit Hilfsmitteln erschließen Eine Reise vom Menschen aus in die Welt der größten Dinge und wieder zurück bis in die Welt der kleinsten Dinge Nach einer Idee und mit Bildern von: Philip & Phylis Morrison, ZehnHoch, Heidelberg, 1991. Präsentation erstellt von Gregor Svoboda, 10/2003

Um bei dieser Präsentation in der richtigen Reihenfolge weiter zu kommen, bitte immer genau auf die Bilder klicken und nicht auf die freie Folie.

Aufbau einer Folie 1011 Meter 100 Millionen Kilometer Größenordnung in Potenzen & Einheiten 1011 Meter 100 Millionen Kilometer Aufbau einer Folie Hilfsmittel zur Sichtbarmachung des Objektes Zusätzliche Bilder, passend zur jeweiligen Größenordnung Zentrales Bild Nähere Erläuterung zum Bild Die farbigen Linien stehen symbolisch für die Umlaufbahnen der inneren Planeten unseres Sonnensystems. Die grüne Linie bezeichnet die Bahn der Erde.

In der Mitte von fast allen Hauptbildern befindet sich ein rotes Quadrat. Es symbolisiert immer die Größe des vorangegangenen (10hoch+) oder nach-folgenden (10hoch-) Bildausschnittes. D.h., es zeigt immer die Größe der niedrigeren 10er Potenz.

Mit bloßem Auge erkennbar. Hilfsmittel, die man i.d.R. in den verschiedenen Größenordnungen benötigt, um einen Gegenstand zu betrachten: Über Satelliten- oder Großteleskope erkennbar. Mit bloßem Auge erkennbar. Einfache optische Vergrößerungen erforderlich. Einfache optische Vergrößerungen erforderlich. Vielfache optische Vergrößerungen erforderlich. Vergrößerung durch Lichtmikroskop erforderlich. Über Elektronenmikroskop oder Experimente indirekt erkennbar. Nur über längere Belichtung erkennbar. Über Modelle, Theorien oder Ideen vorstellbar. Über Strahlung oder Radiowellen erkennbar.

100 Meter 1 Meter

101 Meter 10 Meter

102 Meter 100 Meter

103 Meter 1000 Meter

104 Meter 10 Kilometer

105 Meter 100 Kilometer

106 Meter 1000 Kilometer 1 Millionen Meter

107 Meter 10 000 Kilometer

108 Meter 100 000 Kilometer

Umlaufbahn des Mondes um die Erde 109 Meter 1 Millionen Kilometer Umlaufbahn des Mondes um die Erde

1010 Meter 10 Millionen Kilometer Die Bahn des Mondes (blau) vor dem Hintergrund der symbolisch dargestellten Bahn der Erde um die Sonne (grün).

1011 Meter 100 Millionen Kilometer Die farbigen Linien stehen symbolisch für die Umlaufbahnen der inneren Planeten unseres Sonnensystems. Die grüne Linie bezeichnet die Bahn der Erde.

1012 Meter 1 Milliarde Kilometer Die Bahnen der der inneren Planeten Merkur, Venus, Erde & Mars, eingeschlossen von der Bahn des Jupiters.

Die Bahnen der Planeten Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun, Pluto. 1013 Meter 10 Milliarden Kilometer Die Bahnen der Planeten Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun, Pluto.

Umlaufbahnen der äußeren Planeten Uranus, Neptun & Pluto. 1014 Meter 100 Milliarden Kilometer Umlaufbahnen der äußeren Planeten Uranus, Neptun & Pluto.

1015 Meter 1 Billion Kilometer Der helle Punkt in der Mitte ist die Sonne. Die Planeten sind nicht mehr zu erkennen.

Als strahlender Stern hebt sich die Sonne von den übrigen Sternen ab. 1016 Meter 10 Billionen Kilometer ~ 1 Lichtjahr Als strahlender Stern hebt sich die Sonne von den übrigen Sternen ab.

1017 Meter 10 Lichtjahre ~ 3 Parsec Die Sonne ist hier nur ein kleiner Punkt vor dem gleichmäßigen Muster Tausender anderer Sonnen.

1018 Meter 100 Lichtjahre Unsere Sonne ist zu lichtschwach, um hier aufzufallen. Einzig Arktur, eine riesige Sonne, ist gut erkennbar. Er ist etwa 40 Lichtjahre von der Erde entfernt.

Mehrere Millionen Sterne (Sonnen) unserer Milchstraße. 1019 Meter ~ 1000 Lichtjahre Mehrere Millionen Sterne (Sonnen) unserer Milchstraße.

1020 Meter ~ 10 000 Lichtjahre „Wolken“ aus Sternen, leuchtendem Gas und dunklem Staub am Rande eines Spiralarmes unserer Milchstraße.

1021 Meter ~ 100 000 Lichtjahre

1022 Meter ~ 1 Millionen Lichtjahre

~ 10 Millionen Lichtjahre ~ 3 Megaparsec 1023 Meter ~ 10 Millionen Lichtjahre ~ 3 Megaparsec Die hellen Punkte sind weitere Galaxien unserer „lokalen“ Gruppe – einem Galaxienhaufen.

~ 100 Millionen Lichtjahre 1024 Meter ~ 100 Millionen Lichtjahre Die Milchstraße verschwindet hinter einem Haufen von Galaxien, dem Virgohaufen.

~ 1 Milliarde Lichtjahre 1025 Meter ~ 1 Milliarde Lichtjahre Ende? Blick in die Leere unseres Universums. Galaxiepünktchen bieten die einzige Abwechslung. Bei 13 Milliarden Lichtjahren Entfernung ist für uns die sichtbare Grenze erreicht.

1024 Meter ~ 100 Millionen Lichtjahre

1023 Meter ~ 10 Millionen Lichtjahre ~ 3 Megaparsec

1022 Meter ~ 1 Millionen Lichtjahre

1021 Meter ~ 100 000 Lichtjahre

1020 Meter ~ 10 000 Lichtjahre

1019 Meter ~ 1000 Lichtjahre

1018 Meter 100 Lichtjahre

1017 Meter 10 Lichtjahre ~ 3 Parsec

1016 Meter 10 Billion Kilometer ~ 1 Lichtjahr

1015 Meter 1 Billion Kilometer

1014 Meter 100 Milliarden Kilometer

1013 Meter 10 Milliarden Kilometer

1012 Meter 1 Milliarde Kilometer

1011 Meter 100 Millionen Kilometer

1010 Meter 10 Millionen Kilometer

109 Meter 1 Millionen Kilometer

108 Meter 100 000 Kilometer

107 Meter 10 000 Kilometer

106 Meter 1000 Kilometer 1 Millionen Meter

105 Meter 100 Kilometer

104 Meter 10 Kilometer

103 Meter 1000 Meter

102 Meter 100 Meter

101 Meter 10 Meter

100 Meter 1 Meter

10-1 Meter 0,1 Meter 10 Zentimeter

Hautfalten auf der Hand 10-2 Meter 0,01 Meter 1 Zentimeter Hautfalten auf der Hand

Die Oberfläche der Haut unter dem Mikroskop 10-3 Meter 0,001 Meter 1 Millimeter Die Oberfläche der Haut unter dem Mikroskop

Stark vergrößerte Aufnahme einer Hautfalte 10-4 Meter 0,0001 Meter 0,1 Millimeter Stark vergrößerte Aufnahme einer Hautfalte

10 Mikrometer 10-5 Meter 0,00001 Meter Blick unter die Hautoberfläche in eine Kapillare der Blutbahn. Abgebildet sind zwei weiße Blutkörperchen (Lymphozyten), die wichtig für das Immunsystem sind.

1 Mikrometer 10-6 Meter 0,000001 Meter Im Innern eines Lymphozyten: Blick auf eine Zellmembran, die den Zellkern umgibt. Deutlich sind Poren in der Membran erkennbar.

Mit dem Lichtmikroskop ist hier jetzt Schluss Mit dem Lichtmikroskop ist hier jetzt Schluss. Weiter kann man direkt nicht sehen. ? Wie geht es weiter?

Ab hier können wir nur noch virtuell abbilden und müssen deshalb mit Modellen arbeiten.

10-7 Meter 0,0000001 Meter 1000 Ångström 100 Nanometer Im Inneren des Zellkerns. Lange Molekülketten bilden die DNA, die das genetische Material enthält.

10-8 Meter 0,00000001 Meter 100 Ångström 10 Nanometer Nahaufnahme der DNA: Zu sehen ist die lange zweigeteilte Molekül-Leiter, die so genannte Doppelhelix. Je nach Anordnung ihrer einzelnen Bausteine (4 Bausteinarten) sind unterschiedliche genetische Informationen enthalten.

10-9 Meter 0,000000001 Meter 10 Ångström 1 Nanometer Modellaufnahme von Molekülen (Verbände von Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen).

10-10 Meter 0,0000000001 Meter 1 Ångström Modellzeichnung eines Atoms. Die weißen Punkte stehen für die Orte, an denen sich die Elektronen des Atoms wahrscheinlich aufhalten. In der Mitte befindet sich, unsichtbar klein, der Atomkern. Die äußeren Elektronen bestimmen die chemischen & physikalischen Eigenschaften des Atoms.

10 Picometer 10-11 Meter 0,00000000001 Meter Modellhafte Abbildung der wahrscheinlichen Aufenthaltsbereiche der inneren Elektronen eines Kohlenstoff-Atoms.

1 Picometer 10-12 Meter 0,000000000001 Meter In der Mitte kann stellen wir uns den Atomkern vor. Er setzt sich aus Protonen und Neutronen zusammen und macht mehr als 99 % der Masse eines Atoms aus.

10-13 Meter 0,0000000000001 Meter 0,1 Picometer 100 Femtometer Je näher wir dem Kohlenstoff-Atomkern kommen, desto mehr erkennen wir am Modell, dass er aus 6 Protonen und (meist) 6 Neutronen besteht.

10 Femtometer 10-14 Meter 0,00000000000001 Meter Eine modellhafte Darstellung der Atomkern-Teilchen „Protonen“ und „Neutronen“. Sie werden auch „Nukleonen“ genannt. Beim genauen Betrachten des Modells wird deutlich, dass auch die Nukleonen wiederum aus kleineren Teilchen bestehen.

1 Femtometer 10-15 Meter 0,000000000000001 Meter Die Protonen & Neutronen bestehen aus kleineren Teilchen, jeweils 3 (unterschiedlichen) Quarks.

0,1 Femtometer 10-16 Meter 0,000000000000001 Meter Ende? Quarks gelten als die „Basisbausteine“ der Materie. Neben den Quarks gibt es noch andere Elementarteilchen, z.B. die Leptonen.

Ende der Vorstellung von Elementarteilchen Ende der Vorstellung von Elementarteilchen. Kleinere Teilchen kennt man bisher nicht.

Mögliche Lerneffekte dieser Reise Den Dimensionen des Makro- und Mikrokosmos begegnen: Einblicke in die Astronomie und Einblicke in die Welt der kleinsten Teilchen Größenordnungen begegnen Verständnis für Systeme entwickeln: Ein System ist (immer) Bestandteil eines höheren Systems Vernetztes Denken fördern Die Grenzen unserer Sinnesorgane kennen lernen Einblicke in das Denken mit Hilfe von Modellen Naturphilosophie: Was steckt hinter den Grenzen unserer direkten sinnlichen Erfahrungswelt? Theologie – Philosophie - Physik: Wo hat alles seinen Ursprung? Was ist das Ziel unseres Universums? Ökologie: Unser Planet ist einzigartig und „einsam“ …

Quellenangaben P & P Morrison, ZehnHoch, Spektrum, Heidelberg, 1991 Diess., Video ZehnHoch, Spektrum, Heidelberg. www.powersof10.com (mit Bildern & Ideen für den Unterricht) www.csaweb.yonsei.ac.kr/~rhee/2000/universe/power10.html

Abbildungen von DNA-Molekül-Modellen Abbildungen von DNA-Molekül-Modellen. Deutlich ist die gewundene Struktur der Doppel-Helix zu erkennen.

Einfache Modelle von Kohlenstoff-Wasserstoff-Molekülen (Methan-Moleküle, CH4).

Elektronenmikroskop-Aufnahme von Grippeviren Elektronenmikroskop-Aufnahme von Grippeviren. Viren sind etwa 10 bis 240 Nanometer groß (= ca. 0,00000001 – 0,00000024 Meter).

Unterschiedliche Atommodelle

Einfache Modelle von einem Kohlenstoff-Atom

Zecken im Größenvergleich                                                              Zecken im Größenvergleich

Eine CD-ROM hat einen Durchmesser von ca. 12 cm.

Modelllokomotiven haben etwa eine Länge von 10 Zentimetern

Edward Aldrin auf dem Mond. Videoclip (anklicken): Neil Armstrong betritt als erster Mensch den Mond am 20.07.1969. Armstrong: „I'm going to step off the LM now.“ [Armstrong hat seine Hände an der Leiter des Lunar-Mobils und wird nun erstmals einen Fuß auf die Oberfläche des Monds setzen] Armstrong: „That's one small step for (a) man; one giant leap for mankind.“ Edward Aldrin auf dem Mond.

Der Abstand von Mond zu Erde schwankt zwischen 384 000 km und 407 000 km

Der Planet Merkur Der Planet Venus

Die Magellanschen Wolken, in Namibia fotografiert

Der Planet Jupiter mit dem schwarzen Schatten eines seiner Monde. Ca. 100 000 Kilometer Der Planet Jupiter mit dem schwarzen Schatten eines seiner Monde.

Der Planet Saturn, von Voyager 1 aufgenommen

Der Planet Neptun von einer Sonde aufgenommen

So stellen sich Künstler & Astronomen das Aussehen von indirekt entdeckten Planeten außerhalb unseres Sonnensystems vor.

Die Plejaden, ein „offener Sternhaufen“, ca Die Plejaden, ein „offener Sternhaufen“, ca. 400 Lichtjahre von der Erde entfernt. Mit nur ca. 100 Millionen Jahren Alter handelt es sich bei diesen Sternen um „Babys“ im Universum.

M 1, der Krebs-Nebel im Sternbild Stier, ist das Überbleibsel einer Super-Nova, die wahrscheinlich, wie man aus alten chinesischen Aufzeichnungen schließt, am 4. - 5. Juli 1054 v.Chr. beobachtbar war. Ca. 6 300 Lichtjahre von der Erde entfernt.

M 51 – „Whirlpool-Galaxie“ Galaxie M 83

„Alpha Centauri“, die zweitnächste Sonne zu unserer Sonne, ca „Alpha Centauri“, die zweitnächste Sonne zu unserer Sonne, ca. 4,4 Lichtjahre entfernt. („Proxima Centauri“ gehört zum gleichen System, ist etwas näher, aber wesentlich kleiner und dunkler.)

Die Erde geht über dem Mond auf, aufgenommen von Apollo 8, 1968.

Die tiefste Stelle im Meer: Der Marianengraben, 11.035 Meter Mount Everest, 8850 Meter 8850m Die tiefste Stelle im Meer: Der Marianengraben, 11.035 Meter

Der Bodensee vom Satelliten aufgenommen Ca. 70 Kilometer Der Bodensee vom Satelliten aufgenommen

Ca. 1000 Kilometer Europa bei Nacht

Asien bei Nacht

Hurrikan Isabel am 15.09.2003 vor Cuba & Florida

Mount Everest, Höhe: 8850 Meter

Stromausfall im Nordosten der USA am 15.08.2003 20 Stunden vor dem Blackout 7 Stunden nach dem Blackout Stromausfall im Nordosten der USA am 15.08.2003

Das „Soldier‘s Field“-Stadion in Chicago (historische Ansicht)

Längste Spann-Brücke der Welt: Akashi Kaikyo Brücke (Japan), Länge: 1,9 Kilometer Die zukünftig längste Brücke der Welt soll Kalabrien mit Sizilien verbinden. Länge: 3,3 Kilometer. Geplante Fertigstellung: 2014.

10 Meter

93 Meter

Theater von Epidauros, Griechenland

Handgemalte Karte von Afrika, etwa um 1585 entstanden

Die am weitesten von uns entfernten Galaxien Die am weitesten von uns entfernten Galaxien. Sie bieten mit der Entfernung von ca. 13 Milliarden Lichtjahren einen Einblick in die Frühzeit unseres Universums.