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Panorama : Die Vermessung der Sonnenfinsternis

vom
Aus der Onlineredaktion

Am Montag wird in den USA der Tag zur Nacht. Es ist eine einmalige wissenschaftliche Gelegenheit. Zwei Flugzeuge der Nasa stehen bereit, voll mit Messinstrumenten

In zwei Tagen werden zwei US-Bomber, die bereits in den Zeiten des Kalten Krieges im Einsatz waren, in Houston starten. Ihre Mission ist allerdings keine militärische. Flugroute und Flugzeiten der beiden Jets werden nicht von einer militärischen Operationszentrale, sondern der Himmelsmechanik vorgegeben. Die Sonne wird sich über den USA entlang eines 112 Kilometer breiten Streifens verdunkeln.

Die Zone der „Totalität“ beginnt in Oregon an der US-Westküste und zieht sich über insgesamt 14 Bundesstaaten bis hin nach South Carolina an der Atlantikküste. Mehr als 300 Millionen Menschen werden die Chance haben, die verdunkelte Sonne am Firmament zu bestaunen. „Das ist ein Ereignis, das jede Generation nur einmal erlebt“, schwärmt die Wissenschaftlerin Madhulika Guhathakurta, die die Forschungsprojekte zur Sonnenfinsternis 2017 bei der Nasa koordiniert. Es werde die am besten dokumentierte und von den Menschen am meisten geschätzte Sonnenfinsternis aller Zeiten sein, sagt sie.
 

Flug durch die Schattenzone

Die Wanderung der Verdunklungszone vom Pazifik bis zum Atlantik wird 93 Minuten dauern. Für jeden Beobachter innerhalb dieses Streifens wird sich die Sonne jeweils für zwei Minuten und 40 Sekunden verdunkeln. In dieser Zeitspanne blockt der zwischen Sonne und Erde vorbeiziehende Mond das Licht unseres Zentralgestirns ab. Die beiden Forschungsflugzeuge der Nasa sind zwar nicht so schnell wie der Mond, können aber doch eine Zeit lang parallel zur Mondbahn innerhalb der Schattenzone fliegen. Auf diese Weise können die Piloten und die Messgeräte an Bord mehr als sieben Minuten Sonnenfinsternis („Sofi“) erleben. Keiner erdgebundenen Station steht so viel Zeit für Messungen zur Verfügung. Es mag merkwürdig klingen, doch dieser Flug ist ein Weltrekord.

Das Engagement der Nasa und zahlreicher anderer Forschungsorganisationen zeigt, dass Sonnenfinsternisse nach wie vor wissenschaftlich interessant sind und nicht nur ein Spektakel, das als „once in a lifetime experience“ angepriesen wird. Wer nicht in dem Streifen der totalen Sonnenfinsternis lebt, wird möglicherweise anreisen, um das kosmische Ereignis live erleben zu können. Die meisten Hotels mit Verdunklungsgarantie sind seit Monaten ausgebucht – und das zu Preisen, die deutlich über dem sonst üblichen Niveau liegen. Auch aus Deutschland und anderen Staaten reisen zahlreiche „Sofi“-Touristen in die USA.

In Teilen von Westeuropa wird man kurz vor Sonnenuntergang zumindest eine partielle Sonnenfinsternis erleben können, bei der einige Prozent der Sonnenscheibe bedeckt sind. Wer also an diesem Abend in Südnorwegen, Großbritannien, Holland, Belgien, Westfrankreich, Spanien oder Portugal ist, sollte darauf achten. Urlauber auf den Kanaren haben Glück: Dort erreicht die gegen 18:50 Uhr beginnende Finsternis einen Bedeckungsgrad von um die 40 Prozent.

Die für die Wissenschaft bedeutendste Sonnenfinsternis aller Zeiten ereignete sich am 29. Mai 1919 in der Karibik. Damals ging es darum, eine Vorhersage der Allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein zu überprüfen. Der hatte nämlich vorhergesagt, dass große Massen wie zum Beispiel Sterne, einen Lichtstrahl von seiner geraden Bahn ablenken können. Der Effekt ist zwar klein, konnte aber von Astronomen um Arthur Stanley während der Sonnenfinsternis von 1919 bei einem Stern nachgewiesen werden, der am Himmel in unmittelbarer Nähe zur Sonne stand.


Eine neue Ära der Physik

Dass Materie Lichtstrahlen verbiegt, klingt auch heute noch ziemlich verrückt. Wenn es damals – nur wenige Jahre nach der Publikation von Einstein – nicht den experimentellen Beweis dafür gegeben hätte, wäre die Allgemeine Relativitätstheorie wohl länger etwas aus der Spezialitätenkammer der Physik geblieben. Doch so war unmittelbar klar, dass eine neue Ära der Physik begonnen hatte. Es war nicht übertrieben, wenn die Londoner Tageszeitung „Times“ seinerzeit mit der Zeile „Wissenschaftliche Revolution“ titelte.

In diesem Jahr geht es bei der Sonnenfinsternis längst nicht mehr um die Frage, ob Einstein recht hat. Im Zentrum des Interesses steht die Sonnenkorona, jener zart leuchtende Kranz rund um die Sonne, der normalerweise vom intensiven Sonnenlicht überstrahlt wird und nur während einer Finsternis vermessen und erforscht werden kann. So schwach das Licht der Korona auch erscheinen mag – dort herrschen Temperaturen von vielen Millionen Grad Celsius. Die Korona ist damit deutlich heißer als die sichtbare Oberfläche der Sonne.

Doch wie kann das sein? Was heizt die Korona so stark auf? Diese offenen Fragen sollen die Forschungsflüge am Montag klären. Die stabilisierten Teleskope an Bord der Nasa-Jets sind dazu mit HD-Hochgeschwindigkeitskameras ausgestattet – für den optischen und den infraroten Wellenlängenbereich. Damit die irdische Atmosphäre – oder gar Wolken – die Messungen nicht beeinträchtigen, werden die Forschungsflugzeuge in mehr als 15 Kilometer Höhe fliegen. Mehr als 90 Prozent der Erdatmosphäre liegen dort bereits unterhalb der Jets. So wird sich die äußere Atmosphäre der Sonne mit einer bislang unerreichten Bildqualität und zeitlichen Auflösung beobachten lassen.

Eine Theorie für die extrem heiße Korona geht davon aus, dass die Sonne Energie in Form von Magnetfeldern in ihre Korona pumpt, wo diese dann in Hitze umgewandelt wird. Eine andere Erklärung könnten Nanoexplosionen oder Nanojets sein, die fortwährend Energie in die Korona transportieren. „Das Magnetfeld der Korona ist in wohlgeformten Schleifen organisiert“, sagt der am Forschungsprojekt beteiligte Wissenschaftler Craig DeForest vom Southwest Research Institute.


Quelle für magnetische Stürme

Dass sich die Forscher Antworten auf diese Fragen erhoffen, ist nicht nur der wissenschaftlichen Neugier geschuldet. „Die Korona ist eine der wichtigsten Quellen für magnetische Stürme hier auf der Erde“, erklärt der Forscher Amir Caspi, ein Kollege von DeForest. Magnetische Stürme können nicht nur Satelliten im Orbit beeinträchtigen, sondern auch elektronische Systeme auf der Erde stören. Im schlimmsten Fall könnte die Stromversorgung zusammenbrechen.

Aber auch die Erde selbst wird am Montag zum Forschungsobjekt. Wissenschaftler von mehreren US-Universitäten wollen untersuchen, wie sich das plötzliche Ausbleiben der von der Sonne zur Erde gestrahlten Teilchen auf die elektromagnetischen Eigenschaften der irdischen Atmosphäre auswirkt. Die Beschaffenheit der sogenannten Ionosphäre, einer Atmosphärenschicht mit vielen elektrischen Ladungsträgern, wird nämlich stark durch die Sonnenstrahlung geprägt. Bleibt diese plötzlich weg, könnte das zu Veränderungen führen. Manche Forschergruppen werden die möglichen Effekte nur beobachten, andere wollen selber Radiowellen in die Atmosphäre strahlen und dann deren Verhalten studieren – vor, während und nach der Sonnenfinsternis.

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