Gravitationswellen: Klänge von der dunklen Seite des Kosmos

„Wenn ein schwarzes Loch und ein Neutronenstern einander umkreisen, erschüttert das die Raumzeit und Gravitationswellen mit der Energie mehrerer Sonnenmassen strahlen hinaus in den Kosmos, bevor die beiden kompakten Objekte verschmelzen,“ bekommen sechs naturwissenschaftlich besonders interessierte Schülerinnen und Schüler des Ammersee-Gymnasiums (ASG) in einem wissenschaftlichen Vortrag am Albert-Einstein-Institut in Hannover erklärt. Sie durften zur diesjährigen Forscherwoche reisen, wo sie sich mit weiteren Gymnasien aus Oslo, Zeulenroda (Thüringen) und dem ausrichtenden Gymnasium Andreanum (Niedersachsen) trafen. „Stellt man sich vor, die gesamte Raumzeit wäre ein großer Pudding, dann wäre eine Gravitationswelle ein Wackeln in diesem riesengroßen Raumzeitpudding“, erklärt Dr. Bernhhard Knispel vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik den Jungforschenden. “Aber wie soll man denn ein Wackeln in der Raumzeit messen?”, wundert sich Jungforscherin Julia Thoma (Klasse 12) vom ASG. Durch eine Gravitationswelle verändern sich die Längen von Strecken. Diese Längenschwankungen sind selbst bei derart starken Gravitationswellen winzig klein, der Erdbahndurchmesser würde sich nur um die Breite eines Atomes verändern. Um solche kleinen Änderungen von Erschütterungen eines vorbeirasenden LKW zu unterscheiden, benutzt man kilometerlange Laserinterferometer, die selbst diese kleinsten Abweichungen detektieren können.

Um die Daten der Messgeräte nach Gravitationswellen abzusuchen, betreibt das MPI einen Großrechner aus rund 3000 Rechnern. Diesen durften sich die Schülerinnen und Schüler im Anschluss an den Vortrag ganz aus der Nähe ansehen.

Chemische Analyse mit Dünnschichtchromatographie

Im chemischen Institut der Universität Hannover absolvierte die Gruppe ein Laborpraktikum. “Wir sollen eine Mischung untersuchen, in welcher einige von sechs vorgestellten Chemikalien enthalten sind,” erklärt Dominik von Ehrenstein (Klasse 11). Dies geschieht durch Dünnschichtchromatographie, bei der die Chemikalien räumlich getrennt werden, indem sie von einem Fließmittel durch ein feinporiges Material gezogen werden, welches die Bewegung der Chemikalien verschieden stark behindert. Dann werden sie z.B. durch Färbemittel sichtbar gemacht, die jeweils nur mit bestimmten Chemikalien die Farbe ändern. Nach der Präsentation der theoretischen Grundlagen und einer Sicherheitseinweisung wurden die notwendigen Färbemittel durch die Schüler und Schülerinnen vorbereitet und die Chromatographie durchgeführt. „Sie sammeln hier Erfahrungen mit einer wichtigen Methode der Chemie“, freut sich Max Theuerkorn, begleitender Chemielehrer vom ASG. „Durch ihre sorgfältige Arbeitsweise ist es allen Schülerinnen und Schülern gelungen, herauszufinden, welche Chemikalien in ihrer Mischung vorhanden waren.

Zerstörerische Wirkung von UV-Strahlung auf DNA

Im Biotechnologischen Schülerlabor Braunschweig (BioS) hatten die Teilnehmenden das Ziel, nachzuweisen, dass UV-Strahlung unsere DNA verändert. Dafür arbeiteten sie in Zweiergruppen eigenständig im Labor und nutzten hochwertige Geräte wie hochpräzise Eppendorf-Pipetten. Für den Versuch isolierten die Schülerinnen und Schüler in mehreren Schritten Plasmid-DNA von Escherichia Coli Bakterien. Um die Wirkung der UV-Strahlung auf diese DNA zu untersuchen, wurden die Proben für 0, 30, 60 bzw. 120 Minuten bestrahlt und zum Schluss mithilfe von Agarose – Gelelektrophorese aufgetrennt. Dabei konnte man deutlich erkennen, dass das UV-Licht die DNA mehr und mehr veränderte. „Nach 120 Minuten war die ursprüngliche Form der DNA fast völlig zerstört“, konnte Anika Beiwinkler (Klasse 10) beobachten, ein klarer Hinweis auf die schwerwiegenden Folgen von UV-Strahlung und der Wichtigkeit von Sonnenschutz durch Kleidung oder Sonnencreme. „Ein erneutes Auftragen von Sonnencreme verlängert die UV-Schutz-Zeit aber nicht“, warnte Dr. Constantin Klingenberg vom BioS die Jungforschenden.

Teambuilding von vier Schulen

Als Teambuilding-Event besuchte die Gruppe einen Escape Room mit dem Thema „Inka-Schatz“ in Hannover. Dabei hatten die Teilnehmenden aus den vier unterschiedlichen Schulen die Möglichkeit, sich besser kennenzulernen und neue Freundschaften zu knüpfen.

In fünf Teams wurden sie in eine mystische Welt versetzt, in der es galt, Rätsel zu lösen und einen verlorenen Schatz zu finden. Die kniffligen Herausforderungen erforderten nicht nur Wissen, sondern auch Teamarbeit. Der Raum war mit authentisch wirkenden Inka-Artefakten und Symbolen dekoriert, was das Erlebnis besonders lebendig machte. „Es war ein echtes Abenteuer, das uns als Team stärker gemacht hat“, berichtet Lena Häfele (Klasse 12). 

Programmieren mit Arduinos

Am Projekthaus MINT der Hochschule Hannover bauten und programmierten sie Schaltkreise unter der Leitung der Doktorandin Marion Zielinski. Hierzu wurden Arduino-Mikroprozessoren mit LEDs, einem Display und Sensoren aller Art verkabelt. Mit den bereitgestellten Computern konnten sie ihre Schaltungen programmieren. „Es ist toll, wie man mit ein wenig Erfahrung und einfachen Mitteln spannende Systeme entwickeln kann“, freute sich Konstantin Stöckl (Klasse 12), einer der Jungforscher des Ammersee-Gymnasium Dießen. Blinkende Weihnachtsbaumbeleuchtung, temperaturabhängige Ventilatorsteuerung, Bluetoothkommunikation mit einem Tablet auf Knopfdruck und vieles mehr realisierten die Teilnehmenden. „Die Schüler und Schülerinnen haben unglaublich zuverlässig, schnell und kompetent gearbeitet“, lobte Zielinski die Forscherwochengruppe.

Science-Slam bei 800-Jahr-Feier des Gymnasium Andreanum 

Das Gymnasium Andreanum in Hildesheim, Ausrichter der diesjährigen Forscherwoche, veranstaltete anlässlich seines 800-jährigen Bestehens einen Science Slam, an dem neben hunderten Schülerinnen, Schülern und Eltern auch die Forscherwochengruppe teilnahm. Dabei gab es die Möglichkeit, Wissenschaft mal anders zu erleben: spannend, kreativ und unterhaltsam. Denn bei diesem Wettbewerb stellten ehemalige Schülerinnen und Schüler des Gymnasium Andreanum, heute gestandene Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, ihre Forschungsthemen auf unterhaltsame Weise vor – in maximal fünfzehn Minuten. Ziel ist es, das Publikum zu begeistern und komplexe Inhalte verständlich zu erklären. Die Themen der vier Vortragenden reichten von physikalischen, technischen und chemischen Inhalten bis zu ökonomischen und gesellschaftspolitischen Aspekten. Besonders begeistert war das Publikum von dem späteren Sieger des Abends, Prof. Dr. Carsten Sievers, dessen Vortrag den chemischen Prozess des Recyclings von Plastik thematisierte. Die Mischung aus wissenschaftlichem Anspruch und dem humorvollen Einsatz von Legofiguren in seiner Präsentation machte seinen Vortrag besonders zugänglich für die Zuschauerinnen und Zuschauer. Zum Abschluss durfte das Publikum per Zahlenkarten über den besten Beitrag abstimmen. „Es war spannend zu sehen, wie Wissenschaft lebendig wird“, meinte Katharina Töpfer (Klasse 12) begeistert. Der Besuch zeigte, wie kreativ Forschung präsentiert werden kann – und motivierte die Gruppe, selbst tiefer in die Welt der Wissenschaft einzutauchen.

„Die Jungforschenden haben Einblicke in das wissenschaftliche Arbeiten an Hochschulen, Universitäten und in Labors gewonnen und damit einen Blick voraus auf ihr Studium gewonnen“, erklärt Eckart Forster, begleitender Lehrer vom ASG. Diese Erfahrungen werde bei der Auswahl ihres Studienfachs und der Gestaltung ihrer Ausbildung helfen.

„Wir sind sehr stolz darauf, dass wir unseren hoch motivierten Schülerinnen und Schülern diese besondere Förderung in den Naturwissenschaften bieten können,“ meint der Schulleiter des ASG, Alfred Lippl und freut sich darauf, dass das ASG die Forscherwoche im kommenden Jahr selbst ausrichten wird.

Eckart Werner-Forster