Hoe ziet een satelliet
Inhoud Hoe ziet een satelliet? ............................................................................................................ 3 Kerndoelen: ......................................................................................................................................... 3 Doel: .................................................................................................................................................... 3 Tijdsduur: ............................................................................................................................................ 3 Nodig per leerling: .............................................................................................................................. 3 Nodig in de klas: .................................................................................................................................. 3 Introductie:.......................................................................................................................................... 4
Werkwijze stap 1: Kijken van boven .......................................................................................5 Werkwijze stap 2: Kijken met verschillende ogen ................................................................. 8 Werkwijze stap 3: Hoe de computer helpt ............................................................................ 10 Achtergrondinformatie voor de leerkracht .......................................................................... 11 Doeblad Radar ..................................................................................................................... 16 Doeblad Lego Landschap..................................................................................................... 18 Doeblad Lego voorbeeld landschap - 1 ................................................................................ 19 Doeblad Lego voorbeeld landschap - 2 ................................................................................20
colofon: auteur: Karin Heesakkers, KleinKracht, Zeist redactie: Hans Tuinenburg, ESERO the Netherlands, Amsterdam © 2015 ESERO NL Postbus 421 1000 AK Amsterdam 020-53 13 571
[email protected] www.ruimtevaartindeklas.nl
2
© 2015 ESERO NL
Hoe ziet een satelliet? Kerndoelen: 42, 44, 45, 47 en 50 Doel: Met de leerlingen ervaren hoe satellieten kijken; De leerlingen ervaren de werking van perspectief; De leerlingen weten dat er meer lichtsoorten bestaan dan wij met onze ogen kunnen zien; De leerlingen ervaren de werking van radar; De leerlingen ontdekken hoe een computer helpt met het zichtbaar maken van gegevens. Tijdsduur: Inleiding satellieten: 15 minuten Van boven kijken: 45 minuten Kijken met verschillende ogen: 45 minuten De computer helpt ons: 45 minuten Nodig per leerling: Voor ‘Kijken van boven’: • papier en potlood Nodig in de klas: Beeldmateriaal, beschikbaar via bijgeleverde PPT of link in bronvermelding Voor ‘Kijken van boven’: • voorwerpen om van boven te bekijken, bijvoorbeeld een kopje, een krukje of stoel, een boek dat je rechtop open zet, wat Playmobil Voor ‘Kijken met verschillende ogen’ – per groepje leerlingen: • Blokken • Grote plaat multiplex o.i.d. • Flip-over vellen • Dikke stift • Een touw met gewichtje Voor 'Hoe helpt de computer' – per groepje leerlingen: • Zie ‘Kijken met verschillende ogen’ • Kleurpotloden rood, geel, groen en blauw
3
© 2015 ESERO NL
Introductie: Weten de leerlingen wat satellieten zijn? En waar ze voor gebruikt worden? Satellieten zijn dingen die in een baan om een hemellichaam draaien. De aarde is ook een (natuurlijke) satelliet van de zon. En de maan is een satelliet van de aarde. Door ons gemaakte satellieten worden ook wel kunstmanen genoemd. Satellieten zijn niet allemaal even groot. Vele hebben het formaat van een koelkast. Sommige (zoals het ruimtestation ISS zijn zo groot als een huis (het ISS bestrijkt met haar zonnepanelen en modules zelfs een heel voetbalveld). Ze zijn onze ogen en oren in het heelal en verzenden en ontvangen signalen en verrichten vaak metingen. Zie het hoofdstukje Achtergrondinfo leerkracht voor meer informatie. In deze lessen gaan de leerlingen in drie stappen beleven hoe satellieten kijken: 1. Kijken van boven: als eerste gaan ze ervaren dat dingen er van boven anders uit zien, dan van hier op aarde 2. Kijken met verschillende ogen: vervolgens gaan ze beseffen dat satellieten op verschillende manieren (in verschillende lichtsoorten) kunnen kijken 3. Hoe de computer helpt: tenslotte wordt duidelijk hoe computers helpen bij het zichtbaar maken van zaken die onze ogen niet kunnen zien Ondersteunend beeldmateriaal en filmpjes: • http://www.esa.int/esaKIDSnl/Technology.html is de kindersite van ESA waar veel informatie en activiteiten zijn terug te vinden. Het openingsfilmpje (animatie) geeft voldoende gespreksstof om uit te leggen wat een satelliet is en waarvoor ze gebruikt worden. • http://www.ruimtevaartindeklas.nl/lespakketten/satellieten-bekijken-deaarde/beelden/4551 filmpje met basisuitleg over satellieten. Op deze site vind je nog meer foto’s en animaties. • Wat moeilijker filmpje over het testen van satellietonderdelen in extreme temperaturen bij Estec in Noordwijk. Meer geschikt als achtergrondinfo voor leerkracht. Patatje wetenschap van 1:45 tot 6:00 min: http://www.youtube.com/watch?v=I0QrUM0LXEs
4
© 2015 ESERO NL
Werkwijze stap 1: Kijken van boven De leerlingen gaan ervaren dat alles er van boven anders uit ziet dan vanaf de grond. Laat ze eerst op de normale hoogte naar een voorwerp kijken. Naar een kopje bijvoorbeeld. Zet het kopje vervolgens op de grond tussen hun voeten en laat ze recht van boven kijken. Kunnen ze nu de vormen tekenen die ze zien?
Zien ze ook wat er gebeurt als ze toch nog een beetje scheef kijken? De rondjes staan niet meer precies in elkaar en ze zien misschien een stukje van de onderkant van het oor.
Met behulp van Lego of Playmobil kunnen de leerlingen ervaren wat er gebeurt met huizen, bomen en mensen die je van bovenaf ziet.
5
© 2015 ESERO NL
Heeft u een balustrade in de school, een klimrek buiten of een andere manier om vanaf een grotere hoogte naar beneden te kijken? Laat dan zien dat kleine details steeds meer opgaan in grote vlakken. Dit kan bijvoorbeeld mooi met een kopje met schuim. Vlakbij zie je de verschillende belletjes, maar al gauw wordt dat vanaf grotere hoogte één vlek.
Kijk nu met behulp van Google Earth (dit programma kun je downloaden via http://www.google.nl/intl/nl/earth/ en is uitgebreider dan Google Maps) naar de omgeving van uw school. Begin eventueel met streetview, dan van boven en zoom steeds verder uit.
6
Streetview
Hoogte 80 meter
Hoogte 600 meter
Hoogte 5 km
© 2015 ESERO NL
Hoogte 10 km (waar vliegtuigen vliegen)
Hoogte 500 km (het ISS vliegt nog net iets lager)
Hoogte 5000 km
Hoogte 12.000 km (ongeveer een aardbol hoog)
Huizen en straten zien er van boven erg hoekig uit. Al snel kun je de individuele huizenblokken niet meer onderscheiden. Uiteindelijk vallen de kleuren van huizen en straten weg in het omringende groen. Grote rots, zand of ijsvlaktes hebben duidelijk een andere kleur. Je ziet alleen de grote ijsgebieden en zeeën vanaf grote hoogte, kleine meertjes of bijvoorbeeld onze zandduinen zijn niet meer te zien.
Tip: eventueel kun je dit denken in verschillende perspectieven nog uitbreiden met het tekenen van doorsnedes. Hoe ziet een appel of een komkommer eruit als je hem doorsnijdt? Dat verschilt of je hem in de lengterichting of door het midden snijdt.
7
© 2015 ESERO NL
Werkwijze stap 2: Kijken met verschillende ogen Bespreek met de leerlingen welke soorten licht zij kennen, die wij niet met onze ogen kunnen zien. Wij kunnen bijvoorbeeld geen infrarood, ultraviolet of röntgenstraling zien. Sommige dieren kunnen dat wel. Zo zien haviken de ultraviolette sporen die woelmuizen achterlaten als ze hun terrein met urine afbakenen. Veel reptielen vangen hun prooien mede doordat ze de infrarode warmtesporen van hun prooi waarnemen. Vogels, vlinders en bijen zien ultraviolet licht. Vogels gebruiken dat om te navigeren bij bewolking, bijen vinden zo de bloemen met de meeste nectar en vlindervrouwtjes kiezen zo de felgekleurde gezonde mannetjes. Maar we maken wel camera’s die dat kunnen zien. En die camera’s zetten we ook in satellieten. Zo kunnen we bijvoorbeeld met haviksogen naar de aarde kijken. Als je een arm breekt, worden er röntgenfoto’s gemaakt om de breuk te kunnen zien. Onze ogen kijken niet door de arm heen, maar röntgenlicht gaat wel door vlees en spieren, alleen niet door botten.
Infrarood is warmtestraling. Hoe warmer hoe roder op deze foto’s. Het dak is goed geïsoleerd, de ramen het minst, en een kattenstaart en oortjes zijn kouder dan de rest van het lijf.
Ultraviolet licht wordt gebruikt om bankbiljetten en paspoorten te controleren (speciale inkt licht op in het UV-licht). Ook wordt het gebruikt om te ontsmetten (net als voor ons is voor bacteriën te veel UV-licht ook schadelijk). UV zit in het spectrum achter het blauwpaarse licht wat we vaak nog zien bij deze lampen. Het UV zelf zien onze ogen niet. Een andere manier van ‘kijken’, radar, is wat vleermuizen doen: zij zenden ultrasone signalen uit, en luisteren hoe lang het duurt voordat de echo terugkomt. Deze manier van kijken gebruiken we in satellieten om de hoogte van een oppervlak of de diepte van een zee te bepalen. Hier gaan de leerlingen mee aan de slag. Leg vooraf uit wat radar is. Om dat te doen kan het klokhuisfilmpje over radar gebruikt worden: type bij hetklokhuis.nl trefwoord ‘radar’.
8
© 2015 ESERO NL
Voor de hele jonge leerlingen is dit een ingewikkeld filmpje. Beoordeel zelf of je het van toegevoegde waarde vind. Beoordeel ook de sketches op geschiktheid voor jouw groep. Wanneer je een stukje over wilt slaan: Inleidende sketch Bill & Will Informatie deel 1 Wil je het weerkaatsen van de radiogolven opnieuw laten zien? Liedje Informatie deel 2 Sketch Kabouter
0:00 - 2:45 2:45 - 6:40 5:25 6:40 - 8:30 8:30 - 13:15 13:15 - einde
Een radar is een apparaat dat een speciaal soort lichtstralen uitzendt. Zodra de lichtstraal iets stevigs raakt, zoals stenen, kaatst hij terug. Als de steen ver weg is, duurt het langer voordat de lichtstraal terug is bij het apparaat. Als de steen dichtbij is, is de lichtstraal snel terug bij het apparaat. En zo weet het apparaat waar de stenen in zijn omgeving staan. Op deze manier heeft een satelliet door de dikke wolkenlaag van de planeet Venus heen ‘gekeken’ en een tekening gemaakt van het oppervlak:
Op deze manier gaan de leerlingen een blokkenlandschap in kaart brengen. In plaats van een radargolf (zoals deze speciale lichtstraal heet), gebruiken ze een touwtje met een gewichtje eraan. Zie het Doeblad Radar.
Tip: Op de foto zijn de ruitjes van de flip-over vellen bijgetekend, om ze zichtbaar te maken. Dat hoeft in het echt niet. Laat de leerlingen het bord vasthouden, anders valt het snel om. Benoem iemand tot bouwer en iemand tot meter.
9
© 2015 ESERO NL
Werkwijze stap 3: Hoe de computer helpt Nu gaan we kijken hoe de computer de radargegevens uit opdracht 2 omzet in beeld. Bouw een landschap van vierkante legoblokjes op het meegeleverde papier. Maak het landschap niet hoger dan 4 legoblokjes. De radar meet de hoogte van elk torentje. De leerlingen tellen de hoogte van elk torentje en schrijven het aantal blokjes op het onderliggende ruitje.
De blokjes gaan nu weg. Dan gaan ze de getallen kleuren. Blauw voor 1 blokje, groen voor 2 blokjes, geel voor 3 blokjes en rood voor 4 blokjes. Nu hebben ze een hoogtekaart van het terrein gemaakt, precies zoals een satellietbeeld dat doet. Zie doebladen Lego landschap.
Dit is een radarbeeld van de planeet Venus, gemaakt door de satelliet Magellan. Bron: http://apod.nasa.gov/apod/ap991128.html
Ondersteunend filmpje op: http://bit.ly/1NjLhcg laat het strook voor strook scannen van het aardoppervlak duidelijk zien
10
© 2015 ESERO NL
Achtergrondinformatie voor de leerkracht Deze informatie is bedoeld voor uw eigen achtergrondkennis en zeker niet bedoeld om één op één aan de jonge leerlingen over te brengen. Hoe blijven satellieten in de ruimte? Zwaartekracht is de aantrekkingskracht van materie. Elk stukje materie trekt aan andere stukjes materie. Elk kind trekt bijvoorbeeld ook een beetje aan zijn klasgenoten. Maar dat voel je niet, daarvoor is de aantrekkingskracht te klein. Hoe meer materie iets heeft, hoe harder het aan andere dingen trekt. De aarde onder onze voeten is veel groter dan wij, daarom voelen we wel dat de aarde aan ons trekt. Centrifugaal kracht kennen we van de centrifuge of van een voorwerp dat je aan een touwtje rondslingert. Laat je het touwtje los dan vliegt het voorwerp rechtdoor weg. Een voorwerp in beweging wil het liefst rechtdoor bewegen. Een satelliet heeft een eigen snelheid en wil dus het liefst rechtdoor bewegen. De zwaartekracht van de aarde trekt echter aan de satelliet en dwingt hem daarmee tot afbuigen. Wanneer de satelliet een te lage snelheid heeft is de zwaartekracht van de aarde sterker en valt de satelliet terug naar de dampkring (maantje 1). Wanneer de satelliet een te hoge snelheid heeft ontsnapt hij aan de zwaartekracht en vliegt de ruimte in (maantje 2). Door de satelliet precies de juiste snelheid te geven blijft hij in een baan om de aarde draaien (maantje 3). Hoe dichter bij de aarde, hoe groter deze snelheid moet zijn. Want de zwaartekracht wordt kleiner naarmate je verder bij de aarde vandaan gaat. Tip: Je kunt de kinderen vertrouwd maken met het waarom van hogere snelheden dichterbij de aarde door een proef te doen met lange touwen. Hang iets zwaars aan het einde van een touw van zo’n anderhalve meter. Probeer het nu rond te zwaaien boven je hoofd zonder dat het naar beneden valt. Zoek de snelheid waarmee het nog net niet naar beneden valt. Doe nu hetzelfde met een veel korter touw. Je zult merken dat je met een korter touw harder moet draaien om hetzelfde gewicht in de lucht te houden. Eventueel kun je dit laten meten met een stopwatch. Meet bijvoorbeeld hoeveel rondjes je in een minuut draait. Deze proef illustreert hoe de centrifugaal kracht van de draaibeweging de zwaartekracht opheft. Hoe dichter bij de aarde (korter touw), hoe sterker de aantrekkingskracht (zwaartekracht) die de aarde op de satelliet uitoefent, hoe sneller de satelliet rond moet draaien om niet op de aarde te storten.
© Illustratie Laura Ekstijn , gepubliceerd in boek ‘Sterren in de klas’ van Karin Heesakkers
11
© 2015 ESERO NL
Hoeveel satellieten er precies om de aarde cirkelen is moeilijk vast te stellen. Er doen veel getallen de ronde. Volgens http://celestrak.com/satcat/boxscore.asp zijn er ongeveer 40.000 satellieten in omloop gebracht. Bijna 34.000 daarvan worden inmiddels als afval beschouwd, en zo’n 24.000 satellieten bevinden zich niet meer in hun oorspronkelijke baan. Ongeveer 1.400 satellieten zijn werkelijk nog actief (deze gegevens zijn van augustus 2015). De hoogte van satellietbanen Satellieten draaien op heel verschillende hoogtes om de aarde. De laagste draaien op een paar honderd km hoogte. De gele banen op dit plaatje zijn de lage banen. Een voorbeeld hiervan is het ISS ruimtestation. Dat draait op een hoogte van 400 km. Om daar te blijven heeft het een snelheid van 28.000 km per uur, wat betekent dat het elke anderhalf uur een rondje om de aarde maakt. In deze lage banen zitten vooral satellieten die het aardoppervlak in detail willen bestuderen, weersatellieten en aardobservatiesatellieten dus. Tip: Kinderen denken vaak dat je al gauw de hele aarde vanuit de ruimte kunt zien, maar dat is niet zo. Laat met een wereldbol van ongeveer 30 cm zien dat 400 km hoogte pas één cm boven de globe is! Dan hang je dus nog echt met je neus op de aarde! Bergen op de aarde zijn op een globe dan ook echt niet zichtbaar (globes met reliëf zijn eigenlijk verwarrend: het lijkt heel wat, die bergen, maar de schaal van het reliëf is dan afwijkend van de schaal van de bol als geheel). Overigens is 400 km ongeveer de afstand van ons naar Parijs, of Kopenhagen, of Schotland… Nog altijd wel heel hoog dus. Hoe werkt een satelliet? Elke satelliet heeft weer een andere vorm afhankelijk van wat die satelliet moet gaan meten/doen. Toch zijn er wel een aantal zaken meestal te herkennen: • Schotelantenne voor de communicatie met de aarde • Zonnepanelen voor de energievoorziening. Altijd in combinatie met oplaadbare batterijen, want de satelliet moet natuurlijk ook functioneren als hij zich in de schaduw van de aarde bevindt • Raketmotor voor het in de juiste positie brengen van de satelliet na de lancering. Dit is een wat grotere motor. • Stuurraketjes voor de fijn afstelling. Doordat deze raketjes op 4 verschillende plaatsen zitten, kan de satelliet hiermee ook bijvoorbeeld gedraaid worden. • En dan natuurlijk de meetapparatuur waarvoor de satelliet zich in de ruimte bevindt, en de benodigde computerapparatuur om de meetgegevens te digitaliseren en om te zetten in radiosignalen die naar de aarde verzonden kunnen worden.
12
© 2015 ESERO NL
Er is veel informatie over alle soorten satellieten te vinden op internet. Een goede startplek is http://www.esa.int/SPECIALS/Eduspace_NL/index.html Hier vind je veel informatie en beeldmateriaal over ESA's aardobservatiesatellieten en de instrumenten die aan boord zijn. Ook kun je op de ESA overzichtsposter kijken welke satelliet je interessant vind, en die rechtstreeks opzoeken. Instrumenten die aan boord kunnen zijn:
Radar: hiermee kunnen ijsdiktes gemeten worden, of bodemstijging of daling (als gevolg van gaswinning, voor dijkbewaking, na een aardbeving of vulkaanuitbarsting). Bij radar wordt een signaal uitgezonden en heel nauwkeurig gemeten hoe lang het duurt voor het teruggekaatst wordt. Dat zegt iets over de afstand van het object. Denk ook aan vleermuizen!
13
© 2015 ESERO NL
Infrarood camera: hiermee meet je warmtestraling, op deze foto van de bovenste dikkere luchtlagen boven Europa. Daarom zie je geen scherp verschil tussen land en water in de beelden.
Spectraalinstrumenten: instrumenten die het lichtspectrum kunnen analyseren. Hierboven zie je een voorbeeld van het zonnespectrum. Verschillende stoffen laten verschillende zwarte lijntjes achter in het spectrum. Zo kun je meten hoeveel van een bepaalde stof aanwezig is. Zo zie je hier een kaart van de stikstofdioxide uitstoot in Europa. Hoe roder hoe groter de vervuiling.
14
© 2015 ESERO NL
Computer: computers helpen om de gegevens voor ons zichtbaar te maken. Zelfs 'gewone' opnames in zichtbaar licht worden soms met vals kleuren versterkt, zoals deze opname van de Waddenzee, om de details beter zichtbaar te maken. Overigens worden deze computerbewerkingen meestal op aarde gedaan.
15
© 2015 ESERO NL
Doeblad Radar Hang samen een vel papier over het bord. Zorg dat de ruitjes aan de buitenkant zitten. Zet het bord klem tussen een paar grote blokken.
De bouwer bouwt aan één kant een landschap van een paar blokken.
De meter pakt het touw met het gewichtje. Ga aan de kant met het ruitjespapier staan, zodat je het landschap niet kunt zien!
De meter laat het touw zakken tot het een blok raakt. Houd nu het touw bovenop de plank goed vast.
16
© 2015 ESERO NL
Goed vasthouden! Haal nu het gewichtje naar de andere kant. Zet een kruisje tot waar hij komt.
Herhaal dit bij elk hokje…
Als je alle kruisjes hebt gezet, kun je het landschap nabouwen!
17
© 2015 ESERO NL
Doeblad Lego Landschap
1=
18
2=
3=
4=
© 2015 ESERO NL
Doeblad Lego voorbeeld landschap - 1
1
1
1
1
1
2
2
2
1
1
1
2
3
4
4
2
1
1
1
3
4
4
3
2
1
1
2
1
3
3
3
2
2
1
2
2
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1=
19
2=
3=
1
4=
© 2015 ESERO NL
Doeblad Lego voorbeeld landschap - 2
1=
20
2=
3=
4=
© 2015 ESERO NL
