Eine Sonnenfinsternis tritt auf, wenn der Mond zwischen Erde und Sonne gerät und einen Schatten auf die Erde wirft. Eine Sonnenfinsternis kann nur in der Neumondphase stattfinden, wenn der Mond direkt zwischen Sonne und Erde steht und sein Schatten auf die Erdoberfläche fällt. Ob es sich dabei um eine totale Sonnenfinsternis, eine partielle Sonnenfinsternis oder eine ringförmige Sonnenfinsternis handelt, hängt von mehreren Faktoren ab, die im Folgenden erläutert werden.
Die einzige totale Sonnenfinsternis des Jahres 2020 begeisterte die Himmelsbeobachter in Südamerika trotz bedecktem Himmel. Lesen Sie unseren vollständigen Bericht und sehen Sie sich die Fotos hier an!
Dass eine Sonnenfinsternis überhaupt stattfinden kann, ist ein Zufall der Himmelsmechanik und der Zeit. Seit sich der Mond vor etwa 4,5 Milliarden Jahren gebildet hat, hat er sich allmählich von der Erde entfernt (um etwa 4 Zentimeter pro Jahr). Im Moment befindet sich der Mond in der perfekten Entfernung, um an unserem Himmel genau so groß wie die Sonne zu erscheinen und sie daher zu verdecken. Aber das ist nicht immer so.
Die nächste Sonnenfinsternis wird eine ringförmige Sonnenfinsternis am 10. Juni 2021 sein. Ein Teil Nordgrönlands, Teile der nahe gelegenen Baffin Bay, die östliche Hudson Bay und der Nordosten Russlands werden in der Bahn des „Feuerrings“ liegen. Diese Finsternis wird um 6:41 Uhr EDT (1041 GMT) ihren Höhepunkt erreichen.
Arten von Sonnenfinsternissen
Es gibt vier Arten von Sonnenfinsternissen: totale, ringförmige, partielle und hybride Finsternisse. Hier ist, was jede Art verursacht:
Totale Sonnenfinsternisse
Sie sind ein glücklicher Zufall der Natur. Der Durchmesser der Sonne ist mit 864.000 Meilen 400-mal größer als der unseres winzigen Mondes, der nur etwa 2.160 Meilen misst. Aber der Mond ist der Erde auch etwa 400 Mal näher als die Sonne (das Verhältnis variiert, da beide Bahnen elliptisch sind), und wenn sich die Bahnebenen überschneiden und die Entfernungen günstig sind, kann der Neumond die Sonnenscheibe scheinbar vollständig auslöschen. Im Durchschnitt kommt es auf der Erde etwa alle 18 Monate zu einer totalen Sonnenfinsternis.
Es gibt eigentlich zwei Arten von Schatten: Der Kernschatten ist der Teil des Schattens, in dem das gesamte Sonnenlicht blockiert wird. Der Kernschatten hat die Form eines dunklen, schlanken Kegels. Er ist umgeben vom Halbschatten, einem helleren, trichterförmigen Schatten, der das Sonnenlicht teilweise verdunkelt.
Bei einer totalen Sonnenfinsternis wirft der Mond seinen Kernschatten auf die Erdoberfläche; dieser Schatten kann in wenigen Stunden ein Drittel des Erdumfangs überstreichen. Wer das Glück hat, in der direkten Bahn des Kernschattens zu stehen, sieht, wie sich die Sonnenscheibe zu einer Sichel verkleinert, während der dunkle Schatten des Mondes über die Landschaft auf ihn zueilt.
Während der kurzen Periode der Totalität, wenn die Sonne vollständig bedeckt ist, wird die wunderschöne Korona – die dünne äußere Atmosphäre der Sonne – sichtbar. Die Totalität kann bis zu 7 Minuten und 31 Sekunden dauern, obwohl die meisten totalen Sonnenfinsternisse in der Regel viel kürzer sind.
Partielle Sonnenfinsternisse
Eine partielle Sonnenfinsternis tritt auf, wenn nur der Halbschatten (der partielle Schatten) über einen hinweggeht. In diesen Fällen bleibt während der Finsternis immer ein Teil der Sonne zu sehen. Wie viel von der Sonne zu sehen ist, hängt von den jeweiligen Umständen ab.
In der Regel gibt der Halbschatten unserem Planeten über den Polarregionen nur einen flüchtigen Schlag; in solchen Fällen sehen Orte, die weit von den Polen entfernt sind, aber noch im Bereich des Halbschattens liegen, möglicherweise nicht viel mehr als ein kleines Stückchen der Sonne, das vom Mond verdeckt wird. In einem anderen Szenario werden diejenigen, die sich innerhalb von ein paar tausend Meilen vom Pfad einer totalen Sonnenfinsternis befinden, eine partielle Sonnenfinsternis sehen.
Je näher man sich am Pfad der Totalität befindet, desto größer ist die Sonnenverfinsterung. Wenn Sie sich zum Beispiel gerade außerhalb des Pfades der totalen Finsternis befinden, werden Sie sehen, wie die Sonne zu einer schmalen Sichel schwindet und dann wieder dicker wird, wenn der Schatten vorbeizieht.
Annuläre Sonnenfinsternisse
Eine ringförmige Sonnenfinsternis ist zwar ein seltener und erstaunlicher Anblick, unterscheidet sich aber deutlich von einer totalen Sonnenfinsternis. Der Himmel verdunkelt sich … etwas; eine Art seltsame „gefälschte Dämmerung“, da noch so viel von der Sonne zu sehen ist. Die ringförmige Sonnenfinsternis ist eine Unterart der partiellen Sonnenfinsternis, nicht der totalen. Die maximale Dauer einer ringförmigen Sonnenfinsternis beträgt 12 Minuten und 30 Sekunden.
Eine ringförmige Sonnenfinsternis ähnelt jedoch einer totalen Sonnenfinsternis insofern, als der Mond in der Mitte der Sonne vorbeizuziehen scheint. Der Unterschied ist, dass der Mond zu klein ist, um die Sonnenscheibe vollständig zu bedecken. Da der Mond die Erde auf einer elliptischen Umlaufbahn umkreist, kann seine Entfernung von der Erde zwischen 221.457 Meilen und 252.712 Meilen variieren. Aber der dunkle Schattenkegel des Mondschattens kann sich nicht länger als 235.700 Meilen erstrecken; das ist weniger als die durchschnittliche Entfernung des Mondes von der Erde.
Wenn sich der Mond also in einer größeren Entfernung befindet, erreicht die Spitze des Schattens die Erde nicht. Während einer solchen Finsternis erreicht die Antumbra, eine theoretische Fortsetzung der Umbra, den Boden, und jeder, der sich in ihr befindet, kann über beide Seiten der Umbra hinweg nach oben schauen und einen Ring oder „Feuerring“ um den Mond sehen. Eine gute Analogie ist, wenn man einen Pfennig auf einen Nickel legt, wobei der Pfennig den Mond und der Nickel die Sonne darstellt.
Hybride Sonnenfinsternisse
Diese werden auch ringförmig-totale („A-T“) Finsternisse genannt. Diese besondere Art der Finsternis tritt auf, wenn der Mond in einer Entfernung steht, in der der Kernschatten die Erde nicht mehr erreichen kann. In den meisten Fällen beginnt eine A-T-Finsternis als ringförmige Finsternis, weil die Spitze des Schattens die Erde nur knapp verfehlt; dann wird sie total, weil die Rundung des Planeten nach oben reicht und die Schattenspitze in der Nähe der Mitte des Pfades abfängt, und schließlich wird sie gegen Ende des Pfades wieder ringförmig.
Da der Mond direkt vor der Sonne vorbeizuziehen scheint, werden totale, ringförmige und hybride Finsternisse auch als „zentrale“ Finsternisse bezeichnet, um sie von Finsternissen zu unterscheiden, die nur partiell sind.
Von allen Sonnenfinsternissen sind etwa 28 % totale Finsternisse, 35 % partielle Finsternisse, 32 % ringförmige Finsternisse und nur 5 % hybride Finsternisse.
Vorhersagen von Sonnenfinsternissen
Natürlich finden Finsternisse nicht bei jedem Neumond statt. Das liegt daran, dass die Mondbahn um etwas mehr als 5 Grad gegenüber der Erdbahn um die Sonne geneigt ist. Aus diesem Grund geht der Schatten des Mondes normalerweise entweder über oder unter der Erde vorbei, so dass es nicht zu einer Sonnenfinsternis kommt.
Aber in der Regel richtet sich der Neumond mindestens zweimal im Jahr (und manchmal sogar fünfmal im Jahr) so aus, dass er die Sonne verdeckt. Dieser Ausrichtungspunkt wird als Knoten bezeichnet. Ob eine bestimmte Finsternis zentral oder partiell ist, hängt davon ab, wie nahe sich der Neumond einem Knoten nähert. Und natürlich bestimmt die Entfernung des Mondes von der Erde – und in geringerem Maße die Entfernung der Erde von der Sonne – letztlich, ob eine zentrale Finsternis total, ringförmig oder eine Mischform ist.
Und diese Ausrichtungen geschehen nicht zufällig, denn nach einem bestimmten Zeitintervall wiederholt sich eine Finsternis oder kehrt zurück. Dieses Intervall wird als Saros-Zyklus bezeichnet und war schon den frühen chaldäischen Astronomen vor etwa 28 Jahrhunderten bekannt. Das Wort Saros bedeutet „Wiederholung“ und entspricht 18 Jahren und 11⅓ Tagen (oder einem Tag weniger oder mehr, je nach der Anzahl der dazwischen liegenden Schaltjahre). Nach diesem Intervall sind die relativen Positionen der Sonne und des Mondes in Bezug auf einen Knotenpunkt fast dieselben wie zuvor. Dieses Drittel eines Tages im Intervall bewirkt, dass der Pfad jeder Finsternis einer Serie in Bezug auf ihre Vorgängerin um ein Drittel des Längengrads um die Erde nach Westen verschoben wird.
Am 29. März 2006 zum Beispiel zog eine totale Finsternis über Teile West- und Nordafrikas und dann über Südasien hinweg. Einen Saros später, am 8. April 2024, wird sich diese Sonnenfinsternis wiederholen, nur dass sie nicht über Afrika und Asien, sondern über Nordmexiko, die zentralen und östlichen Vereinigten Staaten und die kanadischen Küstenprovinzen verlaufen wird.
Sicherheit bei Sonnenfinsternissen
Wenn sich eine Sonnenfinsternis nähert, wird in den Mainstream-Medien oft davor gewarnt, mit bloßen Augen in die Sonne zu schauen, da dies zur Erblindung führen könnte. Dies hat bei den meisten Menschen den Eindruck erweckt, dass Sonnenfinsternisse gefährlich sind.
Genau das stimmt nicht!
Es ist die Sonne, die gefährlich ist – die ganze Zeit! Die Sonne sendet ständig unsichtbare Infrarotstrahlen aus, die unsere Augen schädigen können. Normalerweise haben wir keinen Grund, in die Sonne zu blicken. Eine Sonnenfinsternis gibt uns einen Grund, aber wir sollten es nicht tun.
Es gibt jedoch sichere Methoden…
Die bei weitem sicherste Methode, eine Sonnenfinsternis zu betrachten, ist der Bau einer „Lochkamera“. Eine Lochblende oder eine kleine Öffnung wird verwendet, um ein Bild der Sonne auf einem Bildschirm zu erzeugen, der sich etwa 1 Meter hinter der Öffnung befindet. Man kann auch ein Fernglas oder ein kleines Teleskop auf einem Stativ verwenden, um ein vergrößertes Bild der Sonne auf eine weiße Karte zu projizieren. Je weiter die Karte entfernt ist, desto größer kann man das Bild fokussieren. Suchen Sie nach Sonnenflecken. Beachten Sie, dass die Sonne an ihrem Rand etwas dunkler erscheint. Diese Methode der Sonnenbeobachtung ist sicher, solange Sie daran denken, nicht durch das Fernglas oder Teleskop zu schauen, wenn es auf die Sonne gerichtet ist. Anders ausgedrückt: Schauen Sie nie direkt in die Sonne, wenn ein Teil ihrer blendend hellen Oberfläche sichtbar ist.
Eine Variation des Lochblenden-Themas ist der „Lochblenden-Spiegel“. Bedecken Sie einen Taschenspiegel mit einem Stück Papier, in das ein ¼-Zoll-Loch gestanzt ist. Öffnen Sie ein der Sonne zugewandtes Fenster und legen Sie den abgedeckten Spiegel auf die Fensterbank, so dass er eine Lichtscheibe auf die gegenüberliegende Wand reflektiert. Die Lichtscheibe ist ein Abbild des Gesichts der Sonne. Je weiter man von der Wand entfernt ist, desto besser; das Bild hat nur einen Durchmesser von 1 Zoll pro 9 Fuß (oder 3 Zentimeter pro 3 Meter) vom Spiegel. Knetmasse eignet sich gut, um den Spiegel zu fixieren. Experimentieren Sie mit unterschiedlich großen Löchern im Papier. Auch hier gilt: Ein großes Loch macht das Bild hell, aber unscharf, und ein kleines Loch macht es dunkel, aber scharf. Verdunkeln Sie den Raum so weit wie möglich. Probieren Sie dies unbedingt vorher aus, um sicherzustellen, dass die optische Qualität des Spiegels gut genug ist, um ein sauberes, rundes Bild zu projizieren. Lassen Sie natürlich niemanden in die Sonne schauen.
Wenn Sie in der Nähe von belaubten Bäumen sind, schauen Sie sich den Schatten an, den diese während der partiellen Phasen werfen. Was sehen Sie? Ist es ein Foto wert? Sie werden zahlreiche teilweise verfinsterte Sonnen sehen, die durch die Löcher zwischen den Blättern projiziert werden. Dies ist auf die Beugung zurückzuführen, eine Eigenschaft des Lichts. Laut Vince Huegele, einem Optikphysiker am NASA Marshall Space Flight Center, schießen die Lichtstrahlen nicht gerade am Rand der Lücken oder einer Lochblende vorbei, sondern biegen sich um den Rand. Dieser Welleneffekt erzeugt ein Muster von Ringen, das einem Bullauge ähnelt.
Zu den akzeptablen Filtern für die visuelle Sonnenbeobachtung ohne Hilfsmittel gehört aluminisiertes Mylar. Einige Astronomiehändler führen Mylar-Filtermaterial, das speziell für die Sonnenbeobachtung entwickelt wurde. Ebenfalls akzeptabel ist das Lichtbogenschweißglas 14, das für ein paar Dollar in Schweißerläden erhältlich ist. Natürlich ist es immer eine gute Idee, Ihre Filter und/oder Beobachtungstechniken vor dem Tag der Sonnenfinsternis zu testen.
Zu den inakzeptablen Filtern gehören Sonnenbrillen, alte Farbfilmnegative, Schwarz-Weiß-Filme, die kein Silber enthalten, fotografische Neutraldichtefilter und Polarisationsfilter. Diese Materialien haben zwar eine sehr geringe Durchlässigkeit für sichtbares Licht, lassen aber eine unzulässig hohe Strahlung im nahen Infrarot durch, die zu einer thermischen Verbrennung der Netzhaut führen kann. Die Tatsache, dass die Sonne schwach erscheint oder dass Sie keine Beschwerden verspüren, wenn Sie die Sonne durch diese Art von Filtern betrachten, ist keine Garantie dafür, dass Ihre Augen sicher sind.
Es gibt einen Zeitpunkt, an dem Sie gefahrlos direkt in die Sonne schauen können: während einer totalen Sonnenfinsternis, wenn die Sonnenscheibe vollständig bedeckt ist. Während dieser wenigen kostbaren Sekunden oder Minuten erstrahlt die herrliche Korona in ihrer ganzen Pracht, die die verdunkelte Sonne umgibt; ein wunderbarer Saum aus perlweißem Licht. Sie unterscheidet sich von Finsternis zu Finsternis in Größe, Färbung und Muster. Es ist immer schwach und zart, mit einem Schimmer wie eine blasse Aurora. Es hat ein variables Aussehen. Manchmal hat sie ein weiches, kontinuierliches Aussehen, manchmal schießen lange Strahlen in drei oder vier Richtungen aus ihr heraus. Sie kann sich von der Scheibe abheben, in Form von filigranen Blütenblättern und Luftschlangen. Doch wenn die Sonne wieder ins Blickfeld rückt, verschwindet die Korona schnell wieder, und Sie müssen Ihre Augen erneut schützen.
Sonnenfinsternisse in der Geschichte
Soweit wir wissen, fand die früheste Aufzeichnung einer Sonnenfinsternis vor über vier Jahrtausenden statt. In China glaubte man, dass die allmähliche Verdunkelung der Sonne von einem Drachen verursacht wurde, der versuchte, die Sonne zu verschlingen, und es war die Aufgabe der Hofastronomen, Pfeile zu schießen, Trommeln zu schlagen und jede erdenkliche Kakophonie zu erzeugen, um den Drachen zu verscheuchen.
Im alten chinesischen Klassiker Shujing (oder Buch der Dokumente) wird von Hsi und Ho berichtet, zwei Hofastronomen, die von einer Sonnenfinsternis völlig unvorbereitet erwischt wurden, weil sie sich kurz vor Beginn des Ereignisses betrunken hatten. Daraufhin ordnete Zhong Kang, der vierte Kaiser der Xia-Dynastie, an, Hsi und Ho zur Strafe den Kopf abzuschlagen. Die fragliche Sonnenfinsternis fand am 22. Oktober des Jahres 2134 v. Chr. statt.
In der Bibel heißt es im Buch Amos 8:9: „Ich will die Sonne am Mittag untergehen lassen und die Erde am hellen Tag verfinstern.“ Bibelwissenschaftler glauben, dass dies eine Anspielung auf eine berühmte Sonnenfinsternis ist, die am 15. Juni 763 v. Chr. in Ninive im alten Assyrien beobachtet wurde. Eine assyrische Tafel zeugt ebenfalls von diesem Ereignis.
Eine Sonnenfinsternis beendete sogar einen Krieg.
Dem Historiker Herodot zufolge tobte ein fünfjähriger Krieg zwischen den Lydiern und den Medern. Als der Krieg in sein sechstes Jahr ging, prophezeite ein griechischer Weiser, Thales von Milet, den Ioniern, dass bald die Zeit kommen würde, in der der Tag zur Nacht werden würde. Am 17. Mai 603 v. Chr. erlosch die Sonne genau so, wie Thales es vorausgesagt hatte. In dem Glauben, dass es sich um ein Zeichen von oben handelte, riefen die Kämpfer einen Waffenstillstand aus, der durch eine Doppelhochzeit besiegelt wurde, denn, wie Herodot schrieb: „Ohne ein starkes Band ist in den Bündnissen der Menschen wenig Sicherheit zu finden.“
Und dem Begriff „zu Tode erschreckt“ gibt der ängstliche Kaiser Ludwig von Bayern, der Sohn Karls des Großen, eine neue Bedeutung, als er am 5. Mai 840 n. Chr. Zeuge einer ungewöhnlich langen totalen Sonnenfinsternis wurde, die über fünf Minuten dauerte. Doch kaum war die Sonne wieder sichtbar, war Ludwig von dem, was er gerade gesehen hatte, so überwältigt, dass er vor Schreck starb.
Moderne Finsternisforschung
Astronomen haben durch das Studium von Finsternissen viel gelernt, und im 18.
Samuel Williams, ein Professor in Harvard, leitete eine Expedition zur Penobscot Bay in Maine, um die totale Sonnenfinsternis vom 27. Oktober 1780 zu beobachten. Wie sich herausstellte, fand diese Sonnenfinsternis während des Revolutionskriegs statt, und Penobscot Bay lag hinter den feindlichen Linien. Glücklicherweise gewährten die Briten der Expedition eine sichere Durchfahrt, da sie das Interesse der Wissenschaft über politische Differenzen stellten.
Und doch war am Ende alles umsonst.
Williams unterlief offenbar ein entscheidender Fehler in seinen Berechnungen und er positionierte seine Männer versehentlich in Islesboro – direkt außerhalb des Totalitätspfades – und stellte dies wahrscheinlich schweren Herzens fest, als die sich verengende Sichel des Sonnenlichts vollständig um den dunklen Rand des Mondes herum glitt und dann begann, sich zu verdicken!
Während einer totalen Sonnenfinsternis können einige rubinrote Flecken um die tiefschwarze Mondscheibe herum zu schweben scheinen. Dabei handelt es sich um Sonnenprotuberanzen, Zungen aus glühendem Wasserstoffgas, die über die Oberfläche der Sonne aufsteigen. Während der totalen Sonnenfinsternis vom 18. August 1868 richtete der französische Astronom Pierre Janssen sein Spektroskop auf die Protuberanzen und entdeckte ein neues chemisches Element. Zwei englische Astronomen, J. Norman Lockyer und Edward Frankland, nannten es später „Helium“, abgeleitet vom griechischen Wort helios (Sonne). Auf der Erde wurde das Gas erst 1895 entdeckt.
Und da das Sonnenlicht während einer totalen Sonnenfinsternis blockiert wird, können einige der helleren Sterne und Planeten am verdunkelten Himmel beobachtet werden. Unter diesen Bedingungen konnten die Astronomen einen Teil von Einsteins inzwischen berühmter allgemeiner Relativitätstheorie testen. Diese Theorie sagte voraus, dass das Licht von Sternen jenseits der Sonne beim Vorbeiflug an der Sonne in einer bestimmten Weise von einer geraden Bahn abweicht. Die Positionen von Sternen, die während einer totalen Sonnenfinsternis am 29. Mai 1919 in der Nähe des Sonnenrandes fotografiert wurden, wurden mit Fotos derselben Himmelsregion verglichen, die bei Nacht aufgenommen worden waren; die Ergebnisse stützten Einsteins Theorie nachdrücklich.
Mit unserer modernen Technologie können Astronomen heute die meisten der Beobachtungen durchführen, für die sie früher eine Sonnenfinsternis abwarten mussten. Aber eine totale Sonnenfinsternis wird immer eines der beeindruckendsten Naturschauspiele bleiben und ist ein Anblick, der immer in Erinnerung bleiben wird. Setzen Sie es unbedingt auf Ihre Bucket List; Sie werden nicht enttäuscht sein.
Zusätzliche Ressourcen
- Mr. Eclipse.com bietet Ressourcen für die Fotografie von Sonnenfinsternissen.
- Die Eclipse Chasers bieten viele Informationen.
- Die Eclipse-Website der NASA bietet Kalender, Karten und Informationen über vergangene und zukünftige Sonnen- und Mondfinsternisse.