Mysteries of the Unseen World
Mysteries of the Unseen World
Einleitung
Mysteries of the Unseen World ist ein naturwissenschaftlicher Dokumentarfilm aus dem Jahr 2013. Regie führte Louie Schwartzberg, gesprochen wird der Film von Forest Whitaker. Die rund 40-minütige Großbild-Produktion von National Geographic Entertainment und Days End Pictures zeigt eine erstaunliche Idee: Direkt um uns herum passieren ständig Dinge, die wir mit unseren Augen nicht oder nur schwer erkennen können.
Manche Vorgänge sind zu schnell, andere zu langsam, wieder andere zu klein. Außerdem gibt es Licht, das unsere Augen gar nicht wahrnehmen können. Der Film macht solche verborgenen Vorgänge mit Zeitlupe, Zeitraffer, Mikroskopie, besonderen Kameras und wissenschaftlichen Bildern sichtbar.
Für diesen aiMOOC gilt deshalb eine wichtige Forscherregel: Unsichtbar bedeutet nicht, dass etwas nicht da ist. Oft brauchen wir ein Werkzeug, eine Kamera oder eine andere Darstellung, damit wir einen Vorgang entdecken können.
Dieser aiMOOC ist für Kinder ab etwa 6 Jahren gestaltet. Du kannst viele Abschnitte selbst erkunden. Bei schwierigeren Wörtern, englischsprachigen Videos oder Experimenten kann Dich eine erwachsene Person begleiten.
Der Trailer zeigt die Grundidee des Films: Die Welt wird größer, langsamer, schneller oder auf andere Weise sichtbar gemacht, damit wir genauer hinschauen können.
Vier Türen in die unsichtbare Welt
Der Film öffnet vier besonders wichtige „Türen“:
| Was bleibt unseren Augen verborgen? | Werkzeug | Was wird dadurch erkennbar? |
|---|---|---|
| Etwas bewegt sich zu schnell | Hochgeschwindigkeitskamera und Zeitlupe | Einzelne Bewegungsphasen werden sichtbar. |
| Etwas verändert sich zu langsam | Zeitraffer | Veränderungen über Minuten, Stunden oder Tage wirken schneller. |
| Etwas ist zu klein | Mikroskop oder Elektronenmikroskop | Winzige Formen, Zellen, Oberflächen und Teilchenstrukturen werden vergrößert dargestellt. |
| Licht ist für Menschen nicht sichtbar | besondere Sensoren und Kameras | Unsichtbare Strahlung kann in ein sichtbares Bild übersetzt werden. |
Diese vier Möglichkeiten verändern nicht die Natur selbst. Sie verändern, wie wir sie beobachten.
Wahrnehmung: Was können Deine Augen sehen?
Deine Augen sind erstaunliche Sinnesorgane. Licht trifft auf Gegenstände, wird von ihnen reflektiert und gelangt in Dein Auge. Auf der Netzhaut entstehen Signale, die über Nerven an Dein Gehirn weitergegeben werden. Erst dort entsteht Deine Wahrnehmung.
Aber Deine Augen haben Grenzen. Sie können nicht jede Größe erkennen, nicht jede Bewegung verfolgen und auch nicht jede Art von Licht wahrnehmen. Wissenschaftliche Geräte erweitern deshalb unsere Beobachtungsmöglichkeiten.
Weißes Licht kann durch ein Prisma in viele Farben aufgeteilt werden. Der bunte Bereich von Violett bis Rot ist das sichtbare Licht, das menschliche Augen wahrnehmen können.
Die Grafik zeigt, dass der sichtbare Regenbogen nur ein Teil des gesamten elektromagnetischen Spektrums ist. Für jüngere Kinder reicht zunächst diese Idee: Es gibt mehr Lichtarten, als unsere Augen sehen können.
Das Video erklärt sichtbare und unsichtbare Lichtwellen. Es ist auf Englisch. Du kannst besonders auf die Bilder achten und das Video an wichtigen Stellen anhalten.
Unsichtbares Licht
Jenseits des sichtbaren roten Lichts liegt unter anderem Infrarotstrahlung. Jenseits des sichtbaren violetten Lichts liegt unter anderem Ultraviolettstrahlung. Menschen können diese Bereiche nicht direkt sehen. Geeignete Sensoren können sie aber messen.
Eine Wärmebildkamera stellt gemessene Wärmestrahlung häufig mit sichtbaren Farben dar. Diese Farben sind eine Übersetzung von Messwerten. Sie bedeuten nicht, dass ein warmer Gegenstand in Wirklichkeit leuchtend gelb, rot oder blau aussieht.
Im Film wird diese Idee genutzt, um zu zeigen, dass Lebewesen ihre Umwelt teilweise anders wahrnehmen als Menschen. Manche Tiere können Bereiche des Lichts nutzen, die für uns unsichtbar sind.
Zu schnell: Zeitlupe
Ein Flügelschlag, ein platzender Maiskorn, ein Wassertropfen oder ein sehr schneller Sprung können so rasch ablaufen, dass Dein Auge nicht jede Phase getrennt erkennt.
Eine Hochgeschwindigkeitskamera nimmt sehr viele Bilder in kurzer Zeit auf. Werden diese Bilder anschließend langsamer abgespielt, entsteht Zeitlupe. Dadurch bekommst Du mehr Zeit, die einzelnen Bewegungsphasen zu betrachten.
Datei:Ruby Throated Hummingbirds in Slow Motion.webm
Bei einem Kolibri werden in Zeitlupe Bewegungen der Flügel sichtbar, die in normaler Geschwindigkeit sehr schwer zu verfolgen sind.
Das National-Geographic-Video zeigt, wie aufwendig es sein kann, sehr schnelle Kolibris mit einer Hochgeschwindigkeitskamera zu filmen.
Auch ein Wassertropfen verändert beim Auftreffen seine Form sehr schnell. In Zeitlupe kannst Du beobachten, wie sich Wasser wölbt, spritzt und wieder zusammenzieht.
Was macht Zeitlupe mit der Zeit?
Zeitlupe macht den echten Vorgang nicht langsamer. Der Tropfen fällt in Wirklichkeit genauso schnell wie vorher. Nur die Wiedergabe der vielen aufgenommenen Bilder wird gedehnt.
Du kannst Dir das wie ein Daumenkino mit besonders vielen Seiten vorstellen: Je mehr Zwischenbilder vorhanden sind, desto genauer kannst Du kleine Veränderungen der Bewegung untersuchen.
Zu langsam: Zeitraffer
Viele Veränderungen sind für einen kurzen Blick zu langsam. Eine Blüte öffnet sich vielleicht über Stunden. Wolken verändern ihre Form über längere Zeit. Pflanzen wachsen über Tage und Wochen.
Beim Zeitraffer werden Bilder in größeren Zeitabständen aufgenommen. Spielt man diese Bilder schnell hintereinander ab, sieht eine langsame Veränderung plötzlich schnell aus.
Datei:Time-lapse of a flower blooming.webm
Die Blüte öffnet sich in Wirklichkeit nicht so schnell. Der Zeitraffer fasst eine längere Zeitspanne zu einer kurzen Beobachtung zusammen.
Datei:Clouds (time lapse).webm
Auch Wolken eignen sich gut für Zeitrafferaufnahmen, weil sich ihre Form und Position langsam verändern.
In dieser Zeitrafferaufnahme von National Geographic kannst Du Blumen beim Öffnen beobachten.
Zeitlupe und Zeitraffer vergleichen
| Frage | Zeitlupe | Zeitraffer |
|---|---|---|
| Welches Problem wird gelöst? | Der Vorgang ist zu schnell. | Der Vorgang ist zu langsam. |
| Was passiert bei der Wiedergabe? | Der Vorgang wirkt langsamer. | Der Vorgang wirkt schneller. |
| Beispiel | Wassertropfen oder Flügelschlag | Blüte oder Wolkenbewegung |
| Forscherfrage | Was geschieht zwischen zwei sehr schnellen Momenten? | Wie verändert sich etwas über längere Zeit? |
Beide Verfahren helfen Dir, Veränderung besser zu untersuchen.
Zu klein: Mikroskopie
Ein Mikroskop hilft Dir, Dinge zu sehen, die für das bloße Auge zu klein sind. Ein Lichtmikroskop verwendet Licht und Linsen. Es kann zum Beispiel Pflanzenzellen, kleine Wasserlebewesen oder feine Strukturen vergrößert zeigen.
Hier siehst Du Zellen einer Zwiebel durch ein Lichtmikroskop. Mit bloßem Auge erkennst Du an einer Zwiebel keine einzelnen Zellen.
Noch kleinere Strukturen können mit einem Elektronenmikroskop untersucht werden. Dabei wird nicht sichtbares Licht wie bei einer normalen Kamera benutzt, sondern ein Elektronenstrahl. Das Gerät erzeugt Messdaten, aus denen ein sehr detailreiches Bild entsteht.
Pollen sehen unter starker Vergrößerung ganz anders aus als der feine Staub, den Du vielleicht auf einer Blüte bemerkst.
Sogar die Oberfläche eines menschlichen Haares zeigt bei sehr starker Vergrößerung Strukturen, die Du ohne Hilfsmittel nicht erkennen kannst.
Sind Mikroskopbilder immer „echte Farben“?
Bei einem Lichtmikroskop können Farben direkt sichtbar sein oder durch Färbemittel verstärkt werden. Ein Elektronenmikroskop liefert dagegen zunächst Helligkeitsinformationen, keine Farbfotografie wie eine normale Kamera. Farben können später hinzugefügt werden, damit verschiedene Formen leichter zu unterscheiden sind.
Das ist eine wichtige Medienregel: Ein wissenschaftliches Bild kann eine übersetzte Darstellung von Messdaten sein. Deshalb solltest Du fragen: Womit wurde das Bild aufgenommen? Wurde es eingefärbt? Was bedeuten die Farben?
Größenordnungen: Wie klein ist klein?
Wenn etwas zehnmal, hundertmal oder tausendmal kleiner ist als etwas anderes, sprechen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler oft von verschiedenen Größenordnungen.
Ein Millimeter ist ein Tausendstel Meter. Ein Mikrometer ist ein Tausendstel Millimeter. Ein Nanometer ist wiederum ein Tausendstel Mikrometer.
Für junge Forschende hilft eine „Zoom-Leiter“:
| Bereich | Beispiel | Beobachtung |
|---|---|---|
| Zentimeter | Blatt, Stein, Finger | direkt mit den Augen |
| Millimeter | kleines Samenkorn oder feine Struktur | Auge oder Lupe |
| Mikrometer | viele Zellen, Pollen, sehr feine Oberflächen | Mikroskop |
| Nanometer | Moleküle und sehr kleine Materialstrukturen | spezielle wissenschaftliche Geräte und Modelle |
Dieser Akazienpollen ist ungefähr 50 Mikrometer lang. Das ist etwa halb so breit wie ein typisches menschliches Haar. Solche Vergleiche helfen, Größenordnungen vorstellbar zu machen.
Eine Reise beim Hineinzoomen
Stell Dir vor, Du schaust zuerst auf Deine Hand. Dann zoomst Du auf ein Haar. Danach auf die Oberfläche dieses Haares. Mit immer stärkeren Geräten können neue Strukturen sichtbar werden. Die Welt hat also nicht nur „groß“ und „klein“, sondern viele Ebenen dazwischen.
Der Film nutzt solche Zoomfahrten, um den Übergang von vertrauten Gegenständen zu mikroskopischen und schließlich nanoskopischen Größen anschaulich zu machen.
Bewegung verstehen
Bewegung bedeutet, dass ein Gegenstand seinen Ort mit der Zeit verändert. Manchmal ist diese Veränderung so schnell, dass sie verschwimmt. Manchmal ist sie so langsam, dass sie bei kurzem Hinsehen fast stillsteht.
Zeitlupe und Zeitraffer zeigen deshalb zwei Seiten derselben Idee: Bewegung braucht Zeit, und unsere Beobachtung hat nur ein bestimmtes Zeitfenster.
Wenn Du zehn Sekunden lang auf eine wachsende Pflanze schaust, bemerkst Du fast nichts. Wenn Du zehn Sekunden lang einen platzenden Tropfen beobachtest, ist der wichtigste Moment vielleicht schon vorbei. Kameratechnik kann dieses Beobachtungsfenster passend verändern.
Der Film als Forschungswerkzeug
Mysteries of the Unseen World ist nicht nur eine Sammlung schöner Bilder. Der Film zeigt, dass Kameras und Messgeräte wissenschaftliche Fragen beantworten können.
- Beobachtung: Was fällt auf?
- Frage: Was möchte ich genauer wissen?
- Werkzeug: Welche Technik hilft mir dabei?
- Vergleich: Was sehe ich in Echtzeit und was erst in der besonderen Aufnahme?
- Erklärung: Was lerne ich daraus über Licht, Bewegung oder Größe?
Das NatGeoKids-Video stellt den Wissenschaftsfotografen Anand Varma vor und zeigt, wie Fotografie helfen kann, verborgene Vorgänge der Natur sichtbar zu machen.
Wirklichkeit und Darstellung unterscheiden
Eine Zeitlupenaufnahme ist nicht die „echte Geschwindigkeit“. Ein Zeitraffer zeigt nicht die „echte Dauer“. Ein Wärmebild zeigt nicht die „echten Farben“. Ein stark vergrößertes Mikroskopbild zeigt einen Gegenstand nicht in seiner „echten Größe“.
Trotzdem können alle diese Darstellungen wissenschaftlich richtig und sehr nützlich sein. Entscheidend ist, dass wir wissen, wie das Bild entstanden ist.
Diese Frage kannst Du bei jedem Bild stellen:
Was wurde verändert, damit ich etwas erkennen kann, das meine Augen sonst nicht sehen würden?
Kleine Forscherstationen
Die folgenden Beobachtungen eignen sich für Schule oder Zuhause. Arbeite bei Geräten, Wasser oder kleinen Gegenständen mit einer erwachsenen Person zusammen.
| Forscherstation | Durchführung | Beobachtungsfrage |
|---|---|---|
| Zeitlupe | Filme einen hüpfenden Ball oder ein flatterndes Stück Papier mit der Zeitlupenfunktion einer Kamera. | Welche Bewegung siehst Du erst in der langsamen Wiedergabe? |
| Zeitraffer | Fotografiere über längere Zeit eine Wolke, eine Zimmerpflanze oder einen schmelzenden Eiswürfel immer wieder vom gleichen Ort. | Welche Veränderung wird erst beim schnellen Abspielen deutlich? |
| Vergrößerung | Betrachte Stoff, Papier, Blattadern oder eine Münze mit einer Lupe oder einem kindgerechten Digitalmikroskop. | Welche Einzelheiten waren vorher unsichtbar? |
| Licht | Leuchte mit einer Taschenlampe durch ein durchsichtiges Glas Wasser oder beobachte die Lichtfarben an einer CD. | Wann wird weißes Licht in verschiedene Farben aufgeteilt? |
Sicherheit: Schaue niemals direkt in die Sonne, auch nicht durch Lupe, Fernglas, Mikroskop oder Kamera. Verwende für Lichtversuche eine ungefährliche Lampe und lasse Experimente mit Glas oder elektrischen Geräten von Erwachsenen begleiten.
Beobachtungsauftrag zum Film
Wenn Du den Film ansiehst, kannst Du vier Symbole auf ein Blatt malen: einen Hasen für schnell, eine Schnecke für langsam, eine Lupe für klein und einen Regenbogen für Licht. Immer wenn eine neue Filmszene kommt, entscheidest Du, zu welchem Symbol sie am besten passt.
Danach erklärst Du einer anderen Person eine Szene mit dem Satz:
„Ohne das Werkzeug ______ wäre diese Beobachtung für mich schwer zu erkennen, weil ______.“
Interaktive Aufgaben
Quiz: Teste Dein Wissen
Wozu dient Zeitlupe? (Schnelle Bewegungen genauer ansehen) (!Langsame Pflanzen schneller wachsen lassen) (!Gegenstände wirklich größer machen) (!Unsichtbares Licht erzeugen)
Wozu dient Zeitraffer? (Langsame Veränderungen schneller zeigen) (!Schnelle Bewegungen noch schneller machen) (!Farben aus einem Bild entfernen) (!Gegenstände verkleinern)
Welches Gerät hilft beim Betrachten sehr kleiner Dinge? (Mikroskop) (!Kompass) (!Thermometer) (!Lautsprecher)
Welchen Teil des Lichts können menschliche Augen direkt sehen? (Sichtbares Licht) (!Alle Lichtarten) (!Nur Infrarotlicht) (!Nur Radiowellen)
Was macht eine Hochgeschwindigkeitskamera? (Sie nimmt sehr viele Bilder in kurzer Zeit auf) (!Sie lässt Tiere langsamer laufen) (!Sie macht Pflanzen größer) (!Sie färbt alles bunt)
Was zeigt ein Zeitraffer einer Blüte? (Eine langsame Veränderung in kurzer Zeit) (!Eine Blüte unter einem Elektronenmikroskop) (!Eine Bewegung ohne Zeit) (!Eine Blüte im Dunkeln ohne Kamera)
Warum können Farben in einem Elektronenmikroskopbild hinzugefügt werden? (Damit Strukturen leichter unterscheidbar werden) (!Damit das Objekt wirklich seine Farbe ändert) (!Damit das Mikroskop schneller arbeitet) (!Damit das Objekt größer wird)
Was bedeutet unsichtbar in diesem aiMOOC? (Unsere Augen können etwas nicht direkt wahrnehmen) (!Etwas existiert überhaupt nicht) (!Etwas ist immer durchsichtig) (!Etwas ist immer sehr weit entfernt)
Welche Einheit ist kleiner als ein Millimeter? (Mikrometer) (!Kilometer) (!Meter) (!Dezimeter)
Welche Frage hilft beim Prüfen eines wissenschaftlichen Bildes? (Wie wurde dieses Bild erzeugt) (!Welche Farbe gefällt mir am besten) (!Wie laut ist das Bild) (!Wie schwer ist die Kamera)
Memory
| Zeitlupe | schnelle Vorgänge langsam betrachten |
| Zeitraffer | langsame Veränderungen schneller zeigen |
| Mikroskop | sehr kleine Dinge vergrößert beobachten |
| Infrarot | für Menschen unsichtbarer Lichtbereich |
| Hochgeschwindigkeitskamera | sehr viele Bilder in kurzer Zeit aufnehmen |
| Größenordnung | sehr unterschiedliche Größen vergleichen |
Drag and Drop
| Ordne die richtigen Begriffe zu. | Thema |
|---|---|
| Zeitlupe | Flügelschlag untersuchen |
| Zeitraffer | Blüte beim Öffnen beobachten |
| Mikroskop | Zwiebelzellen erkennen |
| Wärmebildkamera | Wärmestrahlung sichtbar darstellen |
| Prisma | weißes Licht in Farben aufteilen |
Kreuzworträtsel
| Zeitlupe | Wie heißt eine Wiedergabe, bei der schnelle Bewegungen langsam erscheinen? |
| Zeitraffer | Wie heißt eine Darstellung, bei der langsame Veränderungen schneller erscheinen? |
| Mikroskop | Welches Gerät macht sehr kleine Dinge für uns sichtbar? |
| Infrarot | Welcher unsichtbare Lichtbereich liegt jenseits des roten sichtbaren Lichts? |
| Pollen | Welcher feine Blütenstaub kann unter dem Mikroskop sehr verschieden aussehen? |
| Prisma | Welcher Glaskörper kann weißes Licht in Spektralfarben aufteilen? |
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Lückentext
Offene Aufgaben
Leicht
- Zeitlupe: Filme einen hüpfenden Ball, ein springendes Spielzeug oder flatterndes Papier in Zeitlupe und erzähle, welche Bewegung Du vorher nicht bemerkt hast.
- Lupe: Suche drei Alltagsgegenstände mit interessanten Oberflächen und zeichne jeweils eine Ansicht ohne und mit Vergrößerung.
- Licht: Male einen Regenbogen und markiere ihn als den Teil des Lichts, den menschliche Augen sehen können.
- Beobachtung: Wähle eine Filmszene und erkläre mit einem Bild, ob sie zu schnell, zu langsam, zu klein oder wegen des Lichts schwer sichtbar ist.
Standard
- Zeitraffer: Erstelle mit Hilfe einer erwachsenen Person eine kurze Bildfolge von Wolken, einem schmelzenden Eiswürfel oder einer Pflanze und begründe, warum Zeitraffer dafür geeignet ist.
- Mikroskopie: Untersuche Papierfasern, Stoff, Blattadern oder Salz mit Lupe oder Mikroskop und erstelle ein Forscherblatt mit Zeichnung und Beschreibung.
- Wahrnehmung: Entwickle ein Plakat mit dem Titel „Meine Augen können viel, aber nicht alles“ und zeige mindestens vier Grenzen unserer Wahrnehmung.
- Medienkompetenz: Suche ein wissenschaftliches Bild mit Falschfarben und erkläre, was die Farben darstellen und warum sie hinzugefügt wurden.
Schwer
- Experiment: Plane einen fairen Vergleich zwischen Echtzeitaufnahme, Zeitlupe und Zeitraffer desselben oder ähnlicher Vorgänge und beschreibe, welche Darstellung welche Frage beantwortet.
- Größenordnung: Baue eine Zoom-Leiter von einem Gegenstand im Zentimeterbereich bis zu einer Struktur im Mikrometerbereich und erkläre jeden Schritt mit einem Beispiel.
- Wissenschaftsfilm: Produziere mit anderen einen ein- bis zweiminütigen Mini-Film „Eine unsichtbare Welt in unserem Klassenzimmer“ und verwende mindestens zwei Beobachtungstechniken.
- Interview: Befrage eine Person aus Naturwissenschaft, Medizin, Technik oder Fotografie dazu, welche Geräte Dinge sichtbar machen, die Menschen mit bloßem Auge nicht erkennen können, und präsentiere die wichtigsten Aussagen.
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Lernkontrolle
- Werkzeugwahl: Eine Blüte öffnet sich über viele Stunden, während ein Wassertropfen in Sekundenbruchteilen auf eine Oberfläche trifft. Entscheide für beide Vorgänge, welche Aufnahmetechnik geeignet ist, und begründe Deine Wahl.
- Bildanalyse: Du bekommst ein buntes Wärmebild und ein normales Foto desselben Gegenstands. Erkläre, warum die Farben verschieden sein können und welche Information das Wärmebild zusätzlich liefert.
- Transfer: Ein Tier bewegt seine Flügel so schnell, dass Du nur ein verschwommenes Bild siehst. Entwickle einen Untersuchungsplan, mit dem Du einzelne Bewegungsphasen erforschen könntest.
- Vergleich: Erkläre an einem selbst gewählten Beispiel den Unterschied zwischen „etwas ist klein“ und „etwas ist für das Auge zu klein“.
- Medienkritik: Ein Mikroskopbild wurde stark vergrößert und nachträglich eingefärbt. Begründe, warum es trotzdem wissenschaftlich nützlich sein kann und welche Informationen zur Aufnahme angegeben werden sollten.
- Forscherfrage: Formuliere eine eigene Frage zu einem unsichtbaren oder schwer sichtbaren Vorgang und entscheide, ob Zeitlupe, Zeitraffer, Mikroskopie oder ein besonderer Lichtsensor am besten zur Untersuchung passt.
Lernnachweis
Für einen Lernnachweis zu Mysteries of the Unseen World ist wichtig, dass Du Zusammenhänge erklären und nicht nur Begriffe nennen kannst.
- Wahrnehmung: Du kannst erklären, warum menschliche Augen nur einen Teil der Vorgänge und Lichtarten direkt wahrnehmen.
- Zeitlupe: Du kannst beschreiben, wie eine Hochgeschwindigkeitsaufnahme schnelle Bewegungen untersuchbar macht.
- Zeitraffer: Du kannst erklären, warum langsame Veränderungen durch zeitlich versetzte Aufnahmen sichtbar werden.
- Mikroskopie: Du kannst erläutern, wie Vergrößerung und Mikroskopie neue Details zeigen.
- Licht: Du kannst sichtbares Licht von unsichtbaren Bereichen wie Infrarot und Ultraviolett unterscheiden.
- Größenordnung: Du kannst Millimeter, Mikrometer und Nanometer als sehr unterschiedliche Größenbereiche einordnen.
- Medienkompetenz: Du kannst zwischen einem Gegenstand und seiner technischen Darstellung unterscheiden.
- Transfer: Du kannst zu einer neuen Forscherfrage ein passendes Beobachtungswerkzeug auswählen und Deine Wahl begründen.
OERs zum Thema
Zu den naturwissenschaftlichen Grundlagen des Films passen freie Wikipedia-Lerntexte. Besonders hilfreich sind die Artikel zu Mikroskop, Zeitlupe, Zeitraffer und elektromagnetischem Spektrum.
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