Brodelnde Physik macht Lust auf Schule
Wie die US-Raumfahrtbehörde Nasa Mittelstufen-Lehrer fit für die Forschung macht – Sie sollen ihre Schüler wieder begeistern können
Man stelle sich vor: Die Weltraum-Mission startet von Cape Canaveral – und am Rande sorgt sich die US-Raumfahrtbehörde Nasa neben dem Raketenstart auch noch um eine Lehrer-Fortbildung.
Das kann man sich nicht vorstellen? Doch. Die Nasa trainiert Lehrer von Mittelstufenklassen, damit sie ihre Schüler fit für die Zukunft und die Wissenschaft machen. Sie sollen Forscher werden.
"Man muss eben früher anfangen. Es wird ja so viel versäumt...", sagt Dr. Nahide Craig. Die 60-Jährige ist Astronomin der Universität von Berkeley/Kalifornien. Ihre Forscher-Laufbahn hat sie an den bekanntesten Observatorien verbracht, dabei einige neue Sterne und Quasare entdeckt.
Erst legte sie sich mit der Schule an, dann half sie
Aber sie hat auch noch etwas anderes entdeckt. "Ich konnte bei meinen eigenen Kindern beobachten, was für einen verdammt schlechten Physik-Unterricht sie in der Schule bekommen haben."
Nun akzeptiert die resolute Nahide Kapitulation und Mittelmaß nicht gern. Sie mischte sich in der Schule ihrer Kinder ein. Erst gab es fürchterlichen Ärger, doch immer mehr raufte man sich zusammen.
Die Schule lernte Physik, vor allem die neue Physik: Weltraum, Schwarze Löcher, das Hubble-Teleskop. Nahide lernte, wie die Schule tickt. Das machte die Wissenschaftlerin für die Nasa so interessant. Sie engagierte Nahide. Das war 1990.
In den USA gibt es ein Gesetz, das die Weltraumbehörde zum "public outreach" verpflichtet – zu öffentlichen Förder-Programmen über die Weltraum-Missionen hinaus. Zwischen 1 und 2 Prozent des jeweiligen Budgets gehen an das Programm. So kommt es, dass Nahide Craig 1,5 Millionen Dollar für die aktuelle Themis-Mission zur Verfügung gestellt bekommt.
Bei Themis geht es um die Erforschung der Erd-Magnetosphäre. Das ist Physik pur. "Doch Lehrer und Schüler wollen nur spannende Bilder. Aber magnetische Felder liefern auf den ersten Blick keine spannenden Bilder", weiß Nahide. Sie hat für richtig Spannung gesorgt mit einem Projekt, das jetzt international für Aufsehen sorgt.
Die Themis-Mission besteht nämlich nicht nur aus fünf Satelliten, die in Formation aus dem Weltall messen. Es gibt auch 30 Bodenstationen in Nordamerika. Und jetzt kommt es: 10 dieser Bodenstationen werden von Schulen betrieben.
Schüler und Lehrer liefern Daten, die ebenso wie die Daten der Profis in das Gesamt-Ergebnis der nächsten zwei Jahre einfließen. Nahide und ihr Team haben ihnen ein spezielles Programm mit vereinfachten Prozeduren verschrieben.
Das Magnetometer-Instrument selber kostet jeweils 20 000 Dollar und wird den Schulen von Spezialisten aus Los Angeles geliefert. Natürlich ist dies die Spitze des Projekts: Die beteiligten Schulen haben sich beworben und mit ihrem Konzept überzeugt. Den Lehrern bleibt es selbst überlassen, wie intensiv sie die Schüler einbinden.
Fest steht jedoch, dass wissenschaftliche Prozeduren der Gründlichkeit, Verlässlichkeit, Präzision und Dokumentation gleichsam Gesetz sind. Darüber hinaus sind die Schüler und Lehrer an Grundlagenforschung beteiligt: In den nächsten zwei Jahren wird sich herausstellen, welche Theorien zur Entstehung der Polarlichter richtig sind. Polarlichter entstehen, wenn geladene Teilchen von der Sonne auf das Erdmagnetfeld treffen.
Aber das ist nicht alles. Nicht nur die Themis-Teilnehmer, sondern möglichst viele Schulen sollen lernen, wie man unsichtbare magnetische Felder für die Schüler spannend und sichtbar macht. Dafür wurden Unterrichts-Materialien entwickelt. Lehrer-Seminare werden anberaumt – so wie jetzt am Rande des geglückten Starts der Themis-Mission in Cape Canaveral.
Mehr noch: Auch für Planetarien und Science-Center haben Nahide Craig und ihr Team Shows und Vorträge erarbeitet.
Das Thema erfordert die besondere Präsentation: Der Sonnenwind strömt auf die Erde zu, die wie ein Stabmagnet von magnetischen Feldern umgeben ist. Diese umlaufenden und in die Pole zurückfließenden Feldlinien bilden die Kampfzone mit den energiereichen geladenen Teilchen der Sonne. So musst du das zeigen.
Bei Themis ist die Sache natürlich noch komplizierter. Die Vorgänge in der Erd-Magnetosphäre sind von hoher Dynamik. Die Spezialisten vom Institut für Geophysik und Extraterrestrische Physik der TU Braunschweig vergleichen das ganze Bild mit einem mit hoher Geschwindigkeit im All rasenden Kometen.
Auch ihn trifft der Sonnenwind. Die Teilchen reißen Gas und Staub heraus. So kommt es zum berühmten Kometenschweif. An einer bestimmten Stelle kommt es zur Rekonnexion. Der Schweif reißt ab.
Wie bei der Physik dieses Kometen kann man sich auch die Erd-Magnetosphäre vorstellen. An der der Sonne zugewandten Tagseite hat sie den Kopf. Auf der Nachtseite flattert und knattert der Schweif in den Weltraum hinaus.
In bestimmten Abständen kommt es auch hier zur Rekonnexion, zum Filmriss. Themis untersucht nun, wie ein permanenter Aufladungsprozess der Magnetosphäre zu sich plötzlich entladenden Erscheinungen führen kann. In den nächsten zwei Jahren wird das wohl 30 Mal passieren. Das immerhin weiß man schon.
"Es beginnt damit, eigene Fragen zu stellen"
Das ist Physik, die sehr spannend sein kann. "Wir müssen die Schüler dafür begeistern. Dann fangen sie an, eigene Fragen zu stellen und selbst zu forschen", sagt Nahide.
Die Themis-Schulen in den USA sind überdies oft dort, wo Minderheiten leben. Die weißen Mittel- und Oberschichten zieht es in die Wirtschaft, zu den Banken oder in die Justiz, weiß Nahide. Der Nachwuchs für die Forschung muss dort gesucht werden, wo noch viel Potenzial ist.
Und die Mädchen? "Ja, auch um sie geht es uns in besonderer Weise." Immerhin jeder zehnte Themis-Ingenieur ist eine Frau. "Das ist doch schon mal nicht schlecht", sagt sie.
Kann das alles ein Modell auch für Deutschland sein? Es sieht so aus.
"Wir sollten ebenfalls auf solche Kooperationen mit geeigneten Schulen setzen. Die Situation bei uns ist in vielerlei Hinsicht ganz ähnlich", sagt Prof. Karl-Heinz Glaßmeier von der TU Braunschweig. Doch er schränkt ein: Es muss auch Mittel und Personal dafür geben.
Dieses Potenzial in Deutschland sieht auch Nahide Craig. Vor ein paar Jahren hielt sie eine ihrer spannenden Präsentationen vor Lehrern im Hamburger Planetarium. Hinterher waren alle ganz euphorisch. "Ich habe gespürt, dass wir diesen Geist brauchen. Es ist der Forschergeist. Er braucht Neugier, Vorbilder und gute Bilder", sagt sie.
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