Hinweis
Dieses Dokument hat 6 Seiten. Die Vorschau zeigt 2 Seiten.
Bitte registrieren Sie sich, um das komplette Dokument zu sehen
und die Datei für Ihren persönlichen Gebrauch herunterzuladen.

Die Arecibo-Botschaft (Arbeitsblatt mit Lösungen)

Autor: Cornelsen Verlag, 2010    6 Autorenpunkte Fach:

Weitere Materialien zu: , , , , , , , ,

Dies ist ein automatischer Text-Extrakt aus dem Downloadbaren Material.
Bitte aktivieren Sie Flash für eine Orndungsgemäße Darstellung!


Die Arecibo Botschaft Arbeitsblatt mit Lösungen Auf dem Arbeitsblatt sollen zuerst allgemeine Fragen zur Botschaft beantwortet und anschließend die einzelnen Absätze der Nachricht decodiert werden. 1341052 Aktualitätendienst Die Arecibo Botschaft unsere Nachricht ins All 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 2009 Cornelsen Verlag Berlin. Alle Rechte vorbehalten. Naturwissenschaften 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69 71 73 Die Arecibo Botschaft unsere Nachricht ins All Während die Suche nach extraterrestrischen Signalen weltweit viele tausend Wissenschaftler und Amateurastronomen beschäftigt hat der Mensch selbst nur wenige Versuche unternommen mit möglichen außerirdischen Zivilisationen in Kontakt zu treten. So wurde die Radiotechnik bislang nur einmal für eine spezielle Botschaft ins All genutzt Am 16.11.1975 sendeten Forscher vom Arecibo Teleskop aus einmalig eine aus 1679 Bits bestehende Nachricht in Richtung des 22 800 Lichtjahre entfernten Kugelsternhaufens Messier 13 Sternbild Herkules . Die Nachricht wurde auf einer Grundfrequenz von 2 388 GHz für den ersten Bitwert und einer um 75 Hz verschobenen Frequenz für den zweiten Bitwert versendet. Das nebenstehende Bild zeigt eine grafische Interpretation der Nachricht nach der Anordnung der 1679 Bits in 73 Zeilen und 23 Spalten die auf verschobener Frequenz gesendeten Bits sind grau markiert. Hinweis Bits binäre Zeichen sind Zeichen mit zwei möglichen Werten so 1 und 0 oder ja und nein . Satellitenansicht des Arecibo Observatoriums Quelle NASA Wikimedia Nachzeichnung der Arecibo Botschaft O. Götze 2009 Autor Oliver Götze www.cornelsen.de teachweb Seite 1 von 6 Akd Nawi 0609 Arecibo AB.doc Aktualitätendienst Die Arecibo Botschaft Aufgabenblatt Naturwissenschaften 2009 Cornelsen Verlag Berlin. Alle Rechte vorbehalten. Aufgabe 1 Die Arecibo Botschaft wurde am 16.11.1975 während einer feierlichen Veranstaltung versendet. Um die Gäste nicht zu langweilen wählten die Veranstalter eine bertragungsrate von 10 Bit pro Sekunde. a Wie viel Zeit der Gäste wurde durch das Absenden der Botschaft in Anspruch genommen b Wann sollten sich zukünftige Generationen am Abend nichts vornehmen weil vielleicht eine Antwort aus Richtung des Kugelsternhaufens Messier 13 eintreffen könnte c Die aus 1679 Bits bestehende Arecibo Botschaft wurde in der Abbildung auf Seite 1 in eine rechteckige Matrix aus 73 Zeilen und 23 Spalten angeordnet. Welche weiteren Anordnungsmöglichkeiten der Botschaft in einem Rechteck gibt es wenn alle Zeilen stets die gleiche Anzahl von Zeichen aufweisen sollen d Wie beurteilst Du die Entscheidung der Forscher für die Botschaft genau 1679 Bits als Grundlage zu wählen Welcher Umfang wäre vielleicht noch besser geeignet gewesen e Zwischen der Frequenz f Schwingungen pro Sekunde und der Wellenlänge einer Radiowelle besteht ein direkter physikalischer Zusammenhang da sich elektromagnetische Wellen im Raum mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Berechne unter Ausnutzung dieses Zusammenhangs die Wellenlänge der Arecibo Botschaft Grundfrequenz f Welche Bedeutung könnte die Wellenlänge für das Vorhaben der Forscher haben mit der Arecibo Botschaft auch Informationen über die Größe des Menschen zu übermitteln Aufgabe 2 Wenn die Arecibo Botschaft wie in der Abbildung auf Seite 1 zerlegt wird bietet sie eine Fülle an Informationen über die Biochemie den Wohnort und das Aussehen des Menschen. a Bevor Du die Botschaft zu entschlüsseln beginnst solltest Du Dir einen berblick verschaffen Wie viele Absätze Einzelbotschaften könnte die Nachricht enthalten Welche Absätze könnten eine bildliche Darstellung zeigen b Der erste Absatz der Botschaft Zeilen 1 4 zeigt einige natürliche Zahlen in binärer Schreibweise. Die Zeile 4 gehört allerdings nicht zur binären Codierung sondern zeigt die Basispunkte an an denen jeweils die Darstellung einer neuen Zahl beginnt. Wie viele Zahlen wurden dargestellt Die ersten fünf Codierungen zeigen die Zahlen von 1 bis 5. Kannst Du die Besonderheiten der Codierung erkennen Schreibe die Zahlen 4 und 5 in der Dir bekannten binären Schreibweise auf Beispiel 1 01 2 10 3 11 Welche Besonderheiten treten bei den letzten drei Zahlen auf Welche Zahlen wurden hier dargestellt Schreibe die letzte Zahl in der Dir bekannten binären Schreibweise auf. c Der zweite Absatz der Botschaft Zeilen 6 10 verweist auf die fünf wichtigsten chemischen Elemente der irdischen Biochemie. Die Zeile 10 dient als Basiszeile während die darüber befindlichen Binärzahlen die Ordnungszahlen der Elemente im PSE angeben. Welche Elemente sind dargestellt Schreibe ihre Symbole mit einem feinen Stift in die Kästchen der Basiszeile 10. Auch im folgenden Absatz Zeilen 12 bis 30 wird nach dem gleichen Muster auf chemische Verbindungen verwiesen. bertrage deshalb die Symbole aus der Basiszeile 10 in die Basiszeilen 15 4 Blöcke 20 2 Blöcke 25 4 Blöcke und 30 2 Blöcke . d Der besonders lange dritte Absatz Zeilen 12 bis 30 kann durch eine Kombination der ersten und zweiten Decodierungsanleitung dechiffriert werden. Autor Oliver Götze www.cornelsen.de teachweb Seite 2 von 6 Akd Nawi 0609 Arecibo AB.doc Aktualitätendienst Die Arecibo Botschaft Aufgabenblatt Naturwissenschaften Die zwölf Blöcke in den Zeilen 12 bis 30 stellen wichtige biochemische Verbindungen dar. Da Du den Basiszeilen bereits die chemischen Elemente zugeordnet hast brauchst Du nur noch überprüfen wie häufig ein Element in der jeweiligen Verbindung vorkommt. Entschlüssele daher die Binärzahlen ordne sie den Elementen zu und stelle zu Summenformeln in der Dir bekannten Form um Ordne danach den erstellten Summenformeln folgende Verbindungen zu Desoxyribose Adenin Guanin Thymin Phosphat Cytosin. Hinweise Desoxyribose verfügt nicht über Stickstoffatome Adenin besitzt keine Sauerstoffatome. Cytosin und Guanin unterscheiden sich u.a. in der Summenformel durch die höhere Anzahl von Stickstoffatomen von Guanin. Jedes Basenpaar besitzt in der Summe genau zwei Sauerstoffatome. e Interpretiere Was wurde in den Zeilen 12 bis 30 dargestellt Welche Bedeutung könnten dementsprechend die Bögen in den Zeilen 32 bis 46 besitzen Aufgabe 3 Auch in den sich anschließenden Absätzen wird auf den Absender der Botschaft verwiesen. Allerdings sind die Blöcke nicht immer einfach zu interpretieren. Was könnte das Bild in der Mitte des Absatzes der Zeilen 46 55 zeigen Stelle eine Vermutung an welche Angabe links des Bildes zu finden ist. Tipp Betrachte die dargestellte Linie in Bezug zum Bild. Die Unterbrechung könnte auf eine Zahl verweisen. Finde den Basispunkt und berechne Achte auf mögliche Drehungen Nutze auch deine Antwort aus Aufgabe 1f. Der Block rechts des Bildes Zeilen 49 54 gibt die Zahl der Erdbevölkerung 1975 wieder. Finde den Basispunkt der Binärzahl und schreibe sie in der Dir bekannten binären Schreibweise auf. Achte auf mögliche Drehungen. Berechne die zugehörige Dezimalzahl. Mache Dir vorher Gedanken wie der Aufwand der Berechnung möglichst minimiert werden kann. Nutze ggf. einen Computer. Der sich nun anschließende Absatz Zeilen 57 59 gibt Auskunft über unseren Wohnort. Interpretiere die Grafik Warum wurden verschieden große Rechtecke dargestellt Weshalb ist die Auskunft heute überholt 2009 Cornelsen Verlag Berlin. Alle Rechte vorbehalten. a b c d Aufgabe 4 Die letzten wichtigen Informationen der Nachricht betreffen das absendende Observatorium in Arecibo Puerto Rico . Es gilt nach dem russischen RATAN 600 als das zweitgrößte Radioteleskop der Welt. a Beschreibe mit Hilfe der Luftaufnahme der NASA kurz das Aussehen und die mögliche Funktionsweise des Arecibo Observatoriums. b Wie findest Du die Darstellung des Observatoriums in der Botschaft Warum ist es wahrscheinlich dass ein Empfänger der Nachricht das Bild als Reflektor interpretiert c Berechne den Durchmesser des Reflektors mit Hilfe der in den letzten beiden Zeilen dargestellten Binärzahl. Hinweis Der Basispunkt findet sich in Zeile 73 Spalte 14 die Zahl wird im Gegensatz zu den anderen Darstellungen von links nach rechts gelesen. Aufgabe 5 Autor Oliver Götze www.cornelsen.de teachweb Seite 3 von 6 Akd Nawi 0609 Arecibo AB.doc Aktualitätendienst Die Arecibo Botschaft Aufgabenblatt Naturwissenschaften Beurteilt in Kleingruppen den Wert der Arecibo Botschaft Haltet Ihr die Botschaft für schwer entschlüsselbar Welche Codierungen sind besonders verwirrend Welche Informationen sind nützlich und welche nicht Was würdet Ihr zusätzlich noch übermitteln wollen 2009 Cornelsen Verlag Berlin. Alle Rechte vorbehalten. Autor Oliver Götze www.cornelsen.de teachweb Seite 4 von 6 Akd Nawi 0609 Arecibo AB.doc Aktualitätendienst Die Arecibo Botschaft Lösungen zum Aufgabenblatt Naturwissenschaften a b c d e 2009 Cornelsen Verlag Berlin. Alle Rechte vorbehalten. f Aufgabe 1 Die 1679 Bits wurden bei einer Rate von 10 Bit s in 167 9 Sekunden also gut 2 Minuten und 50 Sekunden versendet. Die Botschaft benötigt in etwa 22 800 Lichtjahre pro Strecke. Eine Antwort könnte die Erde also frühestens im Jahre 47 575 erreichen. Es ist zusätzlich nur die Anordnung 23 Zeilen x 73 Spalten möglich abgesehen von 1x1679 und 1679x1 da 23 und 73 Primfaktoren von 1679 sind. Da 1679 nur in zwei sinnvolle Faktoren zerlegt werden kann ist die Länge der Botschaft wohl geschickt gewählt. Noch günstiger wäre es m.E. aber die Zeilen und Spaltenlänge identisch und als Primzahl zu wählen Beispiel 41x41 1681 oder größer da Zerlegungsmissverständnisse auf diese Weise ausgeschlossen sind. Bei 2 388 GHz breiten sich 2 388 000 000 Schwingungen pro Sekunde auf einer Länge von 300 000 km aus. Demnach gilt Arecibo 300 000 km 0 000126 km 12 6 cm gerundet . 2 388 000 000 Schwingungen Natürlich kann nicht angenommen werden dass ein möglicher Empfänger ebenfalls das metrische System besitzt. Die Wellenlänge ist daher der einzige mit der Botschaft übermittelte Referenzwert für Längenangaben. Aufgabe 2 a Individuelle Lösungen. Je nach Betrachtungsweise können zwischen 8 und 12 Absätze erkannt werden. Als bildliche Darstellungen könnten der Mensch Zeilen 46 55 das Observatorium Zeilen 61 71 und vielleicht sogar die Doppel Helix Zeilen 32 46 erkannt werden. Alle anderen Absätze scheinen verschlüsselt zu sein. b Es wurden zehn Zahlen dargestellt 10 Basispunkte . Die Besonderheit der Codierung ist dass Sie von oben nach unten statt von links nach rechts gelesen werden muss. Die Zahlen 4 und 5 werden wie folgt dargestellt 4 100 5 101. Die Besonderheit der letzten drei Zahlen ist die Schreibweise in zwei Spalten. Hier wurden die Zahlen von 8 bis 10 dargestellt. 10 1010. c Von links nach rechts wird auf die Elemente Wasserstoff Ordnungszahl 1 Symbol H Kohlenstoff Ordnungszahl 6 Symbol C Stickstoff Ordnungszahl 7 Symbol N Sauerstoff Ordnungszahl 8 Symbol O und Phosphor Ordnungszahl 15 Symbol P verwiesen. d Zeile 12 15 7xH 5xC 0xN 1xO 0xP C5OH7 Desoxyribose 4xH 5xC 5xN 0xO 0xP C5H4N5 Adenin 5xH 5xC 2xN 2xO 0xP C5H5N2O2 Thymin 7xH 5xC 0xN 1xO 0xP C5OH7 Desoxyribose Zeile 17 20 Zeile 27 30 0xH 0xC 0xN 4xO 1xP PO4 Phosphat 0xH 0xC 0xN 4xO 1xP PO4 Phosphat Zeile 22 25 7xH 5xC 0xN 1xO 0xP C5OH7 Desoxyribose 4xH 4xC 3xN 1xO 0xP C4H4N3O Cytosin 4xH 5xC 5xN 1xO 0xP C5H4N5O Guanin 7xH 5xC 0xN 1xO 0xP C5OH7 Desoxyribose e In den Zeilen 12 30 wurden zwei Sprossen der menschlichen DNA mit den Nukleobasen Adenin Thymin Guanin und Cytosin dargestellt. Die folgenden Bögen könnten dementsprechend die Doppelhelix zeigen. Autor Oliver Götze www.cornelsen.de teachweb Seite 5 von 6 Akd Nawi 0609 Arecibo AB.doc Aktualitätendienst Die Arecibo Botschaft Lösungen zum Aufgabenblatt Naturwissenschaften Hinweis Die von Zeile 27 bis Zeile 43 reichende zweispaltige Darstellung wurde auf dem Arbeitsblatt nicht thematisiert. Sie repräsentiert die Zahl 4 294 441 822 die Anzahl der Nukleotide Grundbaustein der Nukleinsäuren bestehend aus Phosphat Zucker und einer Nukleobase des menschlichen Genoms. Die Anzahl wird heute allerdings auf 3x109 geschätzt. Aufgabe 3 a Ein Abbild des Menschen. b Es könnte sich da die Linie so lang ist wie der Mensch in der Mitte des Bildes um eine Größenangabe handeln. Die zugehörige Binärzahl muss horizontal gelesen werden und beträgt vom Basispunkt in der Zeile 51 den Wert 14 1110 . Multipliziert mit der Wellenlänge 12 6cm ergibt das eine durchschnittliche Größe von 176 4cm. c Der Basispunkt befindet sich in der Zeile 49 die Zahl muss horizontal gelesen werden. Darstellung in der bekannten Binärschreibweise 11111111110111111011111111110110. Zur Berechnung Eine beliebige Zweierpotenz ist jeweils um eins höher als die Summe aller niedrigeren Zweierpotenzen. Zur Berechnung der gesuchten Dezimalzahl genügt es daher von der nächst höheren Zweierpotenz der Zahl hier 232 da die Binärzahl aus 31 Stellen besteht die mit einer 0 bezeichneten Zweierpotenzen sowie eine 1 abzuziehen mBevölkerung 232 20 23 214 221 1 4 294 967 296 1 8 16 384 2 097 152 1 4 292 853 750 Hinweis Manchen Experten erscheint es taktisch unklug unbekannten vielleicht nicht freundlich gesinnten Zivilisationen die Größe unserer Zivilisation mitzuteilen. d Es wurde ein Schema des Sonnensystems mit hervorgehobener Erde unter dem Menschen und mit Hinweisen auf die Größenverhältnisse abgebildet. Die Darstellung entspricht allerdings nicht den tatsächlichen Verhältnissen da Neptun etwa 17mal Jupiter etwa 320mal und die Sonne sogar 332 946mal so schwer wie die Erde ist. Die Darstellung ist heute veraltet da Pluto nach irdischer Definition nicht mehr als Planet gezählt wird. Aufgabe 4 a Auf der Luftaufnahme ist ein vermutlich in ein Tal eingelassener sphärischer Reflektor zu sehen. Um den Reflektor befinden sich drei Träger von denen Seile Drahtseile ausgehen die eine dreieckige Plattform im Brennpunkt des Reflektors halten. Vermutlich befinden sich an dieser Plattform verschiedene Antennen im Bild nicht genau zu erkennen welche die vom Reflektor im Brennpunkt gebündelten Radiosignale empfangen können. b Vermutlich wird ein extraterrestrischer Empfänger die Darstellung als Reflektor interpretieren da er selbst einen solchen benötigt oder bei weiterentwickelten Zivilisationen in der Vergangenheit benötigt hat um Radiosignale zu empfangen. c Es ist die Zahl 100101111110 2430 dargestellt. Multipliziert mit der Wellenlänge ergibt sich ein Durchmesser von 30 618 cm 306 18 m. Eigenen Angaben zufolge besitzt das Teleskop einen Durchmesser von 1000 Fuß 304 79 m. Aufgabe 5 Individuelle Lösungen. Grundsätzlich wäre möglich Die verschiedenen Codierungen der Binärzahlen sind verwirrend und schlecht gewählt Sie werden manchmal vertikal und manchmal horizontal zuweilen von links nach rechts oder von rechts nach links codiert. Ob die Größe der Bevölkerung übermittelt werden sollte ist bei einer 22 000 Jahre dauernden Sendezeit und einer sekündlich um 3 damals 2 Menschen wachsenden Bevölkerung fraglich. Die Auskunft über das Sonnensystem ist möglicherweise unzureichend dagegen ist die Verschlüsselung der biochemischen Grundlagen von bestechender Genialität. 2009 Cornelsen Verlag Berlin. Alle Rechte vorbehalten. Autor Oliver Götze www.cornelsen.de teachweb Seite 6 von 6 Akd Nawi 0609 Arecibo AB.doc Klasse 10 Klasse 11 Klasse 12 Klasse 13 Physik Sekundarstufe Sonder Förderschule Cornelsen Verlag Physik und Weltall Sekundarstufe Klasse 10 Sonder Förderschule Klasse 11 Klasse 12 Klasse 13 Physik Arbeitsmaterialien

Information zum Unterrichtsmaterial

Nutzung
Statistiken
Fach Physik
Schulform Sekundarstufe
Klassenstufe Klasse 10, Klasse 11, Klasse 12, Klasse 13
Methodik keiner Methodik zugeordnet
Materialtyp Arbeitsmaterialien
Binnendifferenziert Nein
Bewertung
Seiten 6
Kommentare 0
Ansichten 931
Downloads 7
Favoriten 0
Verknüpfungen 1
Veröffentlicht 14.03.2010
Beschreibung des Unterrichtsmaterials
Auf dem Arbeitsblatt sollen zuerst allgemeine Fragen zur Botschaft beantwortet und anschließend die einzelnen Absätze der Nachricht decodiert werden.

Unterrichtsmaterial kommentieren
- Sie müssen sich anmelden
um Kommentare zu schreiben -
Kommentare zum Unterrichtsmaterial
- keine Kommentare vorhanden -