heute geht es aus aktuellem Anlass mal wieder um Finsternisse.
Wie sie funktionieren, habe ich in zahlreichen anderen Beiträgen und in meinem Buch schon ausgeführt.
was für eine seltsame Überschrift. Manchmal spricht man von einer bleiernen Finsternis, aber von einer Eisernen? Lasst euch überraschen.
Zunächst erfahrt ihr kurz etwas zur aktuell bevorstehenden partiellen Sonnenfinsternis, und dann wäre ich nicht der Sternenonkel, hätte ich nicht noch eine erhellende Finsternis für euch im Gepäck, die Wissenschaftsgeschichte schrieb.
Also los:
Zur Sofi am 29.03.2025
Die Sonnenfinsternis, die wir an kommendem Samstag, 29.03.2025 erwarten dürfen, ist eine partielle. Das bedeutet, dass der Mond nicht die ganze Sonnenscheibe abdecken wird.
Je nach Standort variiert der Grad der Bedeckung.
In Karlsruhe beginnt die partielle Sonnenfinsternis beispielsweise um etwa 11:18 Uhr und endet gegen 13:00 Uhr. Der maximale Bedeckungsgrad wird um etwa 12:10 Uhr erreicht. Während dieses Maximums wird der Mond rund 15 % der Sonnenscheibe bedecken.
Wer wissen möchte, wie groß die Abdeckung an einem anderen Ort ist, kann das leicht im Internet nachschlagen.
Mit bloßem Auge ist bei so einer geringen Bedeckung nichts zu sehen. Der nicht abgedeckte Teil der Sonne ist so hell, dass nicht auffällt, dass ihr ein Stückchen fehlt.
Lasst euch bloß nicht verleiten, es eventuell doch mal kurz mit einem Blick des ungeschützten Auges in die Sonne zu versuchen. Im schlimmsten Fall müsst ihr danach künftig die Vorlesefunktion hier auf dem Blog benutzen, und das meine ich wirklich sehr ernst.
Es ist vermutlich dem lichtschwachen Teleskop zu verdanken, dass Vater und Sohn Fabricius bei ihrer Beobachtung und Entdeckung der Sonnenflecken nicht erblindet sind.
Beobachtung
Finsternisse beobachtet man entweder durch Finsternis-Brillen, oder man wirft mit einem Teleskop oder Fernglas ein Bild der Sonnenscheibe auf einen Schirm, Profis haben Filter vor ihren Teleskopen, oder man geht in den Wald, wo Lücken zwischen den Blättern, wie eine Lochkamera Sonnenscheibchen auf die Erde werfen.
Wie auch immer. Das wichtigste für optimale Beobachtungen, ist natürlich das Wetter.
Die Wettervorhersage für Karlsruhe am 29. März 2025 prognostiziert kühle Temperaturen mit morgendlichen Schauern und möglichen weiteren Niederschlägen im Tagesverlauf.
Das war am 11.08.1999 auch so, und dann hatten wir doch noch Glück.
Sollte auch bei euch das Wetter eine direkte Beobachtung erschweren, bieten einige Planetarien und astronomische Einrichtungen Live-Übertragungen oder spezielle Veranstaltungen an.
Die Eiserne Finsternis
Die Finsternis vom 7. August 1869 konnte längs eines schmalen Streifens beobachtet werden, der sich von der Behringstraße quer durch
Nordamerika nach Nord-Carolina erstreckte. Diesmal rückte man der
Korona zu Leibe. Es war nicht leicht, das Spektrum dieses schwach
leuchtenden Lichtschleiers zu erhalten. Anfangs schien es nicht allzu
aufregend zu sein. Das Licht war anscheinend über das ganze Spektrum
gleichmäßig verteilt. Die dunklen Fraunhofer-Linien des Sonnenspektrums fehlten. Doch im grünen Bereich entdeckte man eine helle Linie.
Welche Atome waren dafür verantwortlich? Die genaue Vermessung
zeigte, dass bei dieser Wellenlänge kein bekanntes Atom Licht aussendet. Sollte in der Korona der Sonne ein auf der Erde unbekanntes
Element den Sonnenphysikern von seiner Existenz Kunde geben? Ende
des letzten Jahrhunderts gab man dem unbekannten Stoff den Namen
„Coronium“. Nicht einmal auf der Sonne selbst schien dieses rätselhafte Element vorzukommen, denn es verriet sich auch nicht durch eine
Fraunhofer-Linie im Sonnenspektrum. Erst Mitte unseres Jahrhunderts
gelang es, das Geheimnis der grünen Koronalinie zu lüften. Sie rührt
von Atomen des Eisens her. Das Eisengas ist dort so heiß, dass den
Atomen, deren Kerne normalerweise von einer Wolke von 26 Elektronen umgeben sind, 13 verlorengegangen sind, so dass nur noch 13 Elektronen den Kern umschwirren. Das ist nur bei unglaublich hohen Temperaturen möglich. Wir wissen heute, dass die Sonnenkorona Millionen
von Grad heiß ist. Doch das hatte zur Zeit der Finsternisse des letzten
Jahrhunderts niemand geahnt.
Zu guter letzt
Ja, meine lieben, das war sie, die Geschichte.
Es ist schon immer wieder verblüffend, dass man bei so vielen Entdeckungen zur Sonne erst mal darauf warten muss, biss der Mond sie komplett bedeckt.
Es scheint hier auch so, dass man, um etwas zu erkennen, quasi etwas daran vorbei schauen muss.
Und was mich auf verblüfft ist, wie es sein kann, dass die Korona Millionen Grad heiß ist, und die Sonne darunter mit ihren läppischen 6000 Grad direkt eisig ist.
Dieses Wunder bewahren wir uns aber für eine andere Geschichte auf.
Die nächste von Deutschland aus sichtbare partielle Sonnenfinsternis wird am 12. August 2026 stattfinden.
Die nächste totale Sonnenfinsternis, die in Deutschland sichtbar sein wird, findet am 3. September 2081 statt. Die Totalitätszone verläuft unter anderem über den Süden Deutschlands, insbesondere über Teile von Baden-Württemberg und Bayern.
Falls ihr nicht so lange warten wollt:
Die nächste zentrale Sonnenfinsternis, bei der Deutschland zumindest eine ringförmige oder sehr nahe totale Verfinsterung erlebt, ist am 12. August 2026 zu sehen. Sie wird in Deutschland aber nur als partielle Finsternis sichtbar sein, während sie in Spanien als totale Finsternis auftritt.
meine lieben,
nun meldet sich der Sternenonkel endlich nach einer etwas längeren schöpferischen Pause zurück.
Nach den aufwändigen Adventskalendern und meinem Jahresrückblick, bin ich dann im Januar und Februar erfahrungsgemäß immer etwas schreibfaul. Die Batterien sind dann halt auch zum Ende des Winters immer etwas leer.
Aber jetzt geht es wieder los mit einem spannenden Thema.
Kleine Vorgeschichte
manchmal dauert es wirklich lange, bis ich eine Frage beantworte.
So lange, dass der Frager sie vielleicht schon wieder vergessen hat.
Mein alter Pauker, der immer mal schöne Kommentare hier schreibt, stellte sie mir vor langer Zeit zum Artikel „Der Sonnenkönig und die Sonnenflecken“.
Und jetzt kommt der Hammer. Dieser Artikel wurde am 22.02.2022 von mir veröffentlicht. Drei Jahre also ohne Antwort…
Wir haben uns halt eher mit den spannenden Geschichten, die sich um diese rätselhaften Dinger ranken, beschäftigt, und andere spannende Inhalte haben mich etwas davon weg getrieben.
Heute, 27.02.2025 erinnerte ich mich an die Frage zurück, weil ich von unserem Team eine tastbare Geburtstagskarte mit dem Gegenstand der Frage erhielt. Geburtstagskarte mit Sonnenflecken
Diese Karte gab dem Artikel auch seine ungewöhnliche Überschrift.
Dann wollen wir hier vor allem für die Erinnerung des Fragenden seine Frage nochmal wiederholen.
Ich zitiere:
Hallo Gerhard,
eine (vielleicht etwas dumme) Frage: Was sind Sonnenflecken? Was passiert in diesen dunklen Flächen auf der Sonnenoberfläche Anderes als auf der übrigen Fläche? Wahrscheinlich hast du das schon einmal erklärt. Falls Ja: Könntest du es nochmals wiederholen?
Herzliche Grüße
Erst mal ist das keine dumme Frage. Sie ist in der Tat so komplex, dass ein nicht wohlgesonnener Physikprofessor seinen Studenten locker damit durch eine Prüfung rasseln lassen könnte.
Für mich bedeutet das, dass ich das Thema wirklich auf das wichtigste reduzieren muss. Lasst mich genau dieses versuchen.
Zur Wiederholung
Da unsere Beschäftigung mit Sonnenflecken ja nun schon einige Zeit her ist, habt ihr an dieser Stelle die Chance, nochmal einiges zu wiederholen. Es ist aber keine Voraussetzung zum Verständnis dieses Artikels. Hilft aber natürlich.
Die Frage passt ganz wunderbar in die Zeit, weil wir uns momentan um ein Maximum der Sonnenaktivität herum bewegen.
Was so ein Maximum für uns bedeutet erklärte ich in Droht Gefahr durch unsere Sonne.
Über die Entdeckung der Sonnenflecken überhaut schrieb ich vor einiger Zeit in Wer war der Erste
Über ihren 11jährigen Zyklus und dass die Sonne sich nicht immer daran hält, referierte ich in Der Sonnenkönig und die Sonnenflecken
Was die Sonnenforscher über die merkwürdige Rotation der Sonne und mehr durch Sonnenflecken lernen durften, beschrieb ich in Wanderer mit kurzem Leben.
In Drei Sonnenforscher stellte ich euch drei Persönlichkeiten vor, die sich rund um die Sonnenflecken verdient gemacht hatten.
Und dass man den Sonnenzyklus auch ganz anders nachweisen konnte, erklärte ich in Weitere Nachweise des Sonnenzyklus.
Dies alles, und noch viel viel mehr über die Entdeckung und Erforschung unseres lebenspendenden Stern findet ihr in der Kategorie Der Sonne entgegen.
Was wissen wir
Die Sonne ist ein Gasball in dessen Innerem Kern Wasserstoff zu Helium fusioniert wird. Von der dadurch freiwerdenden Energie leben wir.
Durch die Beobachtung von Sonnenflecken haben wir festgestellt, dass die Sonne sich nicht, wie ein starrer Körper dreht. Merkwürdigerweise drehen sich ihre Äquator-Regionen schneller, als ihre Polregionen. Der Äquator läuft ihr also immer voraus.
Erst viele Tausend Kilometer unter der Sonnenoberfläche dreht sie sich, wie ein starrer körper, weil von dort an der innere Druck hoch genug ist, und die Gravitation alles zusammen hält.
Die Sonne ist ein Plasma.
Die Sonne besitzt ein Magnetfeld, wie die Erde auch.
Was ist ein Plasma
Diesen Begriff kannte ich vorher tatsächlich nur aus der Medizin, wenn es um unser Blut und dessen Bestandteile geht.
Die Sonne befindet sich in einem ganz merkwürdigen Zustand, dem Plasma-Zustand, neben fest, flüssig und gasförmig der vierte sog. Aggregatzustand. In diesem Zustand sind die Elektronen von ihren Atomkernen getrennt. Sie bewegen sich frei durch das Plasma. Jede Gasflamme ist so heiß, dass sie ein Plasma bildet. Das kann man testen, indem man Strom durch eine Gas- oder Kerzenflamme schickt. Sie ist leitend, weil sich ihre Elektronen frei bewegen können. In diesem Sinne sind Metalle, wie Eisen oder Kupfer auch ein Plasma, weil sich sein Elektronengas frei hindurch bewegen kann, und es dadurch leitend ist. Fast 100 % der sichtbaren, auch barionische Materie genannt, des Universums befindet sich in diesem Zustand.
Für unsere Sonnenflecken brauchen wir zum Plasma auch noch ein Magnetfeld.
Magnetfelder in Plasmen
Magnetfelder sind im Universum nichts ungewöhnliches. Ladungstrennungen und bewegte Teilchen bedingen eben Magnetfelder, ob man will oder nicht.
Auch die Erde hat eines wegen ihres Metallenen festen Kerns und dem ihn umfließenden leitfähigen Material. Man spricht hier oft von Dynamo der Erde.
Und ja, beim Dynamo am Fahrrad dreht sich eine Spuhle in einem Magnetfeld oder umgekehrt. Dadurch entsteht ein Strom. Der fließt nun zur Lampe und lässt sie leuchten. Im Gegensatz dazu setzt das System einen Widerstand entgegen, so dass der Dynamo sich schwerer dreht.
Die Tatsache, dass bewegte geladene Teilchen, also fließende Ströme in Magnetfeldern einen Widerstand bilden, kennen wir auch von modernen Hometrainern her. Wir drehen mit unserer Pumperei einen Generator an, der über verschiedene Wiederstände und Verbraucher den entstehenden Strom wieder los werden will. Je nach dem, was da gerade zusammen geschaltet ist, sorgt ein hoher Widerstand für unsere sportliche Ertüchtigung.
Es ist also nicht so einfach, ein Magnetfeld in ein Plasma zu bringen, das vorher noch nicht drin war. Auch heraus bekommt man es schlecht, wenn es vorher schon drin war. Immer gibt es Kräfte, die derlei zu verhindern suchen. Magnetfelder bleiben also in einem Plasma eingefroren und müssen den Bewegungen des Plasmas folgen.
Zerrt man beispielsweise material aus einem Plasma-Ball mit Magnetfeld heraus, dann wird es versuchen seine Magnetfelder mit zu nehmen und gummiartigen Gegenwiderstand leisten.
Was passiert aber nun auf unserer magnetischen Plasma-Sonne, die sich dazu noch so merkwürdig dreht.
Sonnen-Pasta
Stellen wir uns die Sonne für den Anfang wie ein Stabmagnet mit einem Nordpol und unten einem Südpol vor.
Die Magnetfeldlinien treten am Nordpol aus, führen gerade um den Sonnenball herum, um am Südpol wieder in sie einzudringen.
Die Äquator-region der sonne dreht sich, wir sagten es schon, schneller. Das bedeutet, dass sie ihre Magnetfelder, weil Plasma, mitnehmen will und mit der Zeit aufwickelt, wie Spaghetti auf eine Gabel.
Es entstehen nun magnetische Plasmaschläuche, die Spaghetti eben. Diese Schläuche stoßen sich ab, weil ihre Magnetfelder gleich ausgerichtet sind. So kann es passieren, dass ein solcher Schlauch unter der Sonnenoberfläche so viel Auftrieb bekommt, also schwimmt, dass er sich quasi bogenhaft aus der Oberfläche der Sonne erhebt. Wir haben nun eine Schleife, die aus der Sonne herausragt und an einer anderen Stelle wieder in sie eindringt. Genau an solchen Fußpunkten entsteht dann jeweils ein Sonnenfleck. Sie treten also meistens paarweise auf. Der eine Fleck ist stets magnetisch anders polig, wie sein Partner. Manchmal reißen solche aufsteigenden Schläuche viel Material in die Höhe. Es bilden sich dort dann sog. Filamente. Man kann sich diese wie Bettwäsche auf einer Leine vorstellen. Diese kann man bei einer totalen Sonnenfinsternis am Sonnenrand als feurige Zungen erkennen, wenn der Mond die helle Sonne verdeckt. Natürlich stehen solche Filamente auch senkrecht auf der Sonnenscheibe, werden dort aber von der hellen Sonne überstrahlt, so dass man spezielle Instrumente benötigt, um sie auch ohne Sonnenfinsternis am helllichten Tage zu sehen.
Die Sonnenflecken sind Orte, an denen sich in Magnetfeldern gefangen die Teilchen nicht so schnell bewegen können, wie sie es aufgrund ihrer Umgebungstemperatur eigentlich tun sollten. Sie werden gebremst und magnetisch in Schach gehalten.
Somit sind sonnenflecken etwas kühler als ihre Umgebung, und damit auch etwas dunkler. Manchmal kommt es vor, dass das Gewirre der Magnetfelder in fleckigen Bereichen so groß ist, dass sich entgegengesetzte Felder auslöschen. Die unglaubliche Energie, die dabei frei wird, nennt man Flare. Das sind dann die Geburtsstetten von Sonnenstürmen, die uns dann hoffentlich nicht treffen.
Auf der Sonnenoberfläche brodelt und kocht es. Die ganze Oberfläche blubbert und ist in Bewegung, wie kochendes Wasser in einem Topf. Auch dadurch passiert es immer wieder, dass sich Magnetfelder so nahe kommen, dass sie sich auslöschen.
Und so passiert es, dass die Sonne sich alle elf Jahre umpolt und erneut mit dem Aufwickeln von magnetischen Schläuchen beginnt. Somit dauert ein Sonnenzyklus im Grunde 22 Jahre, bis er wieder mit derselben Polung beginnt.
Wie will man wissen, wie magnetisch ein Stern ist
Jetzt stellt sich zum Schluss noch die Frage, ob das alles mit den Magnetfeldern so stimmig ist. Schließlich kann man ja nicht einfach so einen Kompass oder sonst einen Magneten an die Sonne halten. Das wäre schon lustig, wenn man eine Kompassnadel auf den ersten Fleck eines Paares das gerade auf der Sonnenscheibe vorbei zieht und sie würde sich z. B. nach Norden ausrichten. Dann zieht der Nachfolger fleck an der Nadelspitze vorbei, worauf die sich der anderen Polarität dieses Flecks wegen um 180 Grad drehen würde. So gehts sicher nicht, aber so ähnlich.
Die Sonne selbst ist ihr Kompass und verrät uns die Magnetische Ausrichtung ihrer Flecken durch ihr Licht.
Zum Glück gibt es folgenden Zusammenhang und Effekt:
Der Zeemann-Effekt ist eine Aufspaltung von Spektrallinien eines Atoms oder Moleküls, wenn es einem externen Magnetfeld ausgesetzt wird.
Ihr erinnert euch. Jedes chemische Element sendet, wenn es heiß genug ist, sein ganz spezielles farbiges Lichtspektrum aus. Musikalisch könnte man sagen, dass jedes chemische Element seinen eigenen Akkord singt.
Der Zeemann-Effekt tritt auf, weil das Magnetfeld die Energieniveaus der Elektronen beeinflusst.
Dadurch entstehen statt einer einzigen Spektrallinie mehrere Linien mit leicht unterschiedlichen Wellenlängen. Ein Ton des Akkordes teilt sich also nochmal in nahe beieinander liegende Töne auf. Klingt dann vermutlich nicht mehr so schön. Die Art, wie sich das Spektrum verändert verrät uns, wie das Magnetfeld gepolt ist.
Hier für die Nerds ganz kurz, wie der Effekt funktioniert:
In einem Atom sind die Energieniveaus der Elektronen normalerweise durch die Quantenzahlen bestimmt.
Setzt man das Atom einem Magnetfeld aus, wechselwirken die magnetischen Momente der Elektronen mit dem Feld.
Dies führt zur Aufspaltung der Energieniveaus, wodurch sich auch die möglichen Übergänge und damit die Spektrallinien ändern.
Der Zeemann-Effekt ist also eine Art „magnetischer Fingerabdruck“ für Spektren und ein wichtiges Werkzeug in der modernen Physik und Astronomie.
Abspann
Dieser Effekt zeigte uns, dass sich die Sonne in etwa 11 Jahren einmal umpolt. Die Erde tut das auch, aber über Jahrtausende hinweg.
Wie das alles aber im Detaill funktioniert, ist längst noch nicht vollständig erforscht. Vor allem die Tatsache, dass es manchmal längere Zeiträume gibt, in denen überhaupt keine Sonnenflecken entstehen, ist rätselhaft.
Deshalb wird unser Stern von dem wir leben noch viel Stoff für Forschung und viele Entdeckungen liefern.
Sind wir froh, dass wir wenigstens diesen Stern untersuchen können, denn die anderen sind für derlei viel zu weit entfernt. Aber sehr wahrscheinlich besitzen alle Sterne auch Sternflecken, die entstehen und vergehen und ihrem eigenen Fleckenzyklus folgen.
Meine lieben,
heute geht es um etwas, das die Menschheit schon immer faszinierte, und was Stoff für sehr viele Mythen und Geschichten bietet, und ja, es erzeugt sogar Radioprogramm. Und dieses Phänomen konnte in den letzten Nächten so um den 10 Mai herum quasi über ganz Deutschland, wenn der Himmel klar war, gesichtet werden. Ich weiß von Sichtungen von Berlin, Stuttgart, Tübingen, Bayern, Karlsruhe und habe sogar Fotos von der Sichtung aus Rheinstetten, wo ich wohne. Es geht um Polarlichter. Diese sind zumindest in Deutschland und Europa nur dann sichtbar, wenn wir uns in einem Maximum der Sonnenaktivität befinden. Dieses ist in diesem Jahr mal wieder der Fall.
Hier kommt ein Foto von Polarlichtern über meiner Heimatstatt.
Die phantastische Bildbeschreibung dazu habe ich mir mit der App BeMyEyes erzeugen lassen, die dafür die KI ChatGPT4 benutzt.
Die KI beschreibt:
Das Bild zeigt einen nächtlichen Himmel, der durch Polarlichter in leuchtenden Farben von Rosa und Grün erleuchtet wird. Diese Lichter erscheinen als breite, wellenförmige Bänder, die sich über den Himmel erstrecken. Unterhalb der Lichter sind die dunklen Silhouetten von Bäumen und die Umrisse eines Gebäudes zu erkennen, was darauf hindeutet, dass das Foto in einer städtischen oder vorstädtischen Umgebung aufgenommen wurde. Die Szene vermittelt ein Gefühl von Ruhe und der majestätischen Schönheit natürlicher Lichtphänomene.
Also ich bin ehrlich gesagt manchmal platt, wie gut diese Beschreibungen sind. Das ist fast ein bisschen, wie sehen können…
Und was die Brillanz des Fotos betrifft, so ist es möglich, dass das Bild eventuell durch die KI der Kamera oder des Smartphones etwas verschönt wurde, denn das können diese Geräte mittlerweile ganz gut und machen das automatisch.
So kann man beispielsweise aus der Hand heraus schöne und detaillierte fotos des Vollmondes schießen. Die Geräte erkennen via KI den Mond und gleichen das Bild mit einem hochwertigen und gut aufgelösten Foto des Mondes ab. Auch digitale Teleskope verfügen mehr und mehr über derlei Fähigkeiten. In die Diskussion, was dann ein handgemachtes Foto überhaupt noch auszeichnet, steige ich, zumal als der blinde Blindnerd, jetzt an dieser Stelle nicht ein.
Was kurzes zur Verursacherin
Bevor wir uns aber den faszinierenden Himmelslichtern widmen, müssen wir noch kurz über unsere Sonne sprechen.
In alten Zeiten glaubte man, die Sonne sei das vollkommenste, göttlichste, reinste und perfekteste Objekt am Himmel.
Aber spätestens, als man Fernrohre auf sie richtete, fand man, dass sie doch nicht ganz so glatt und vollkommen ist. Sie hat eine etwas gekörnte Oberfläche und noch schlimmer. Sogar Flecken. Und damit noch immer nicht genug. Diese Flecken bewegen sich und es gibt Zeiten mit vielen und Zeiten mit wenig bis gar keinen Sonnenflecken.
Durch intensive Beobachtungen der Sonne, z. B. Samuel Heinrich Schwabe über 40 Jahre lang, oder Die Hausfrau Siglinde Hammerschmidt über 20 Jahre lang,
fand man heraus, dass alle 11 Jahre die Sonne maximal viele Flecken aufweist.
In solch einem Fleckenmaximum befinden wir uns 2024. Wann es genau ist, kann man erst dann sagen, wenn es vorüber ist, weil niemand weiß, wie stark es ausfallen wird.
Ist die Sonne sehr aktiv, dann frischt der Sonnenwind stark auf. Manchmal kommt es zu diesen Zeiten auf der Sonne zu starken Ausbrüchen, dass der Sonnenwind zu einem Sturm wird, der uns durchaus gefährlich werden kann.
Darüber schrieb ich vor einigen Jahren in „Droht Gefahr durch unsere Sonne“.
Kurz nach so einem Ereignis kann man dann vermehrt bis in tiefere Breiten Polarlichter sehen,
Entstehung
Es entstehen großartige Polarlichter, weil die geladenen Teilchen des Sonnensturms mit den Molekülen unserer Atmosphäre rekombinieren. Die leuchtet dann ähnlich wie eine Neonröhre.
Sauerstoff leuchtet rot und Stickstoff grün.
Diese Teilchen des Sonnenwindes werden vom Erdmagnetfeld weit um die Erde in Richtung der magnetischen Pole abgelenkt. Deshalb treten sie normalerweise nur in diesen Gegenden auf.
Diese Beschreibung hinkt an einigen Stellen, da in Wahrheit alles noch viel komplizierter ist.
Wer mehr darüber wissen möchte, wie Polarlichter genau funktionieren, findet auf Wikipedia einen sehr erhellenden und informativen Beitrag dazu. https://de.wikipedia.org/wiki/Polarlicht
Zur Forschung
Die Geschichte der Erforschung der Polarlichter wird im wesentlichen von einem Mann, Christian Birkeland geprägt.
Hier kann ich euch wärmstens das Video „Jagd nach dem Himmelsfeuer“ auf 3Sat empfehlen. Ich hoffe, es ist noch in der Mediathek zu finden.
Wenn nicht, dann lasst es mich bitte wissen… https://www.3sat.de/wissen/terra-x/jagd-nach-dem-himmelsfeuer-dem-100.html
Außerdem gibt es über Birkeland einen wunderbaren Artikel auf Wikipedia.
Der ist wirklich lesenswert, weil dieser bemerkenswerte Forscher sich neben Polarlichtern noch mit ganz vielen anderen Dingen beschäftigte. https://de.wikipedia.org/wiki/Kristian_Birkeland
Polarlichter in der Literatur
Solche Polarlichter in niedrigen Breiten muss auch der Schriftsteller Adalbert Stifter gesehen haben, denn er beschreibt in seinem Roman „Bergkristall“ eindeutig Polarlichter.
Lauschen wir also seinen schönen Worten:
Wie die Kinder so saßen, erblühte am Himmel vor ihnen ein bleiches Licht mitten unter den Sternen und spannte einen schwachen Bogen durch dieselben. Es hatte einen grünlichen Schimmer, der sich sacht nach unten zog. Aber der Bogen wurde immer heller und heller, bis sich die Sterne vor ihm zurückzogen und erblassten. Auch in andere Gegenden des Himmels sandte er einen Schein, der schimmergrün sacht und lebendig unter die Sterne Boss. Dann standen Garben verschiedenen Lichts auf der Höhe des Bogens, wie Zacken einer Krone, und brannten. Es Boss hell durch die
benachbarten Himmelsgegenden, es sprühte leise und ging in sanftem Zucken durch lange Räume…
Ist das nicht einfach schön?
Wir kennen diesen Autor übrigens schon, denn er verfasste meiner Meinung nach die schönste deutschsprachige Beschreibung einer Sonnenfinsternis, die er selbst erlebte.
Wer diese nochmals lesen möchte, hier lang.
Polarlichter in Mythen und Religion
Polarlichter haben im Laufe der Geschichte zu zahlreichen Mythen und Legenden geführt, besonders in den Kulturen, die in den Regionen leben, in denen sie häufig zu sehen sind, wie in den nordischen und arktischen Regionen. Hier sind einige der bekanntesten Mythen über Polarlichter:
Nordlichter als Tänzer: Einige indigene Völker Nordamerikas und Skandinaviens glaubten, dass Polarlichter die Geister ihrer Vorfahren seien, die in den Himmel aufsteigen und dort tanzen.
Tiergeister: In einigen Traditionen wurden Polarlichter als die Geister von Tieren angesehen, die in den Himmel aufstiegen, um zu tanzen oder zu kämpfen.
Vorboten: In einigen Kulturen wurden Polarlichter als Vorboten kommender Ereignisse angesehen, sei es als Zeichen für gute oder schlechte Omen, wie Krieg oder Frieden.
Kampf der Geister: Manche nordische Mythen beschreiben Polarlichter als Resultat der Schlachten zwischen Göttern oder Geistern, die den Himmel erhellen.
Erschreckende Zeichen: Einige Kulturen sahen Polarlichter als bedrohliches Zeichen oder als Warnung vor kommenden Naturkatastrophen oder anderen Gefahren.
Polarlichter werden zwar nicht direkt in der Bibel erwähnt. Es gibt jedoch einige Interpretationen und Spekulationen darüber, ob bestimmte Passagen in der Bibel möglicherweise auf Polarlichter hinweisen könnten.
Es dürfte aber meiner Meinung nach sehr selten vorkommen, dass in Palästina Polarlichter gesichtet werden können. Und dennoch gibt es diese Vermutungen. Hier also zwei biblische Beispiele:
Ezechiel: In Ezechiel 1,1-28 wird eine Vision des Propheten Ezechiel beschrieben, in der er das „himmlische Wesen“ und einen „leuchtenden Glanz“ am Himmel sieht, begleitet von „blitzenden Blitzen“.
Daniel: In Daniel 10,4-9 wird eine Vision des Propheten Daniel beschrieben, in der er einen „Mann in Leinen“ sieht, der von einem „großen Licht“ umgeben ist.
Einige haben auch hier spekuliert, dass diese Beschreibungen auf Polarlichter hindeuten könnten, obwohl wie bei der Vision des Ezechiel auch hier verschiedene Interpretationen möglich sind, die von göttlichen Erscheinungen bis hin zu symbolischen Visionen reichen.
Bei so etwas gerät man dann schnell ins Schwurbeln. Also vorsicht damit.
Inspiration für Musiker
Polarlichter werden sogar auch manchmal in der Musik erwähnt. Einige Musiker haben sie als Inspiration für ihre Lieder genutzt, und es gibt sogar Stücke, die den Klang oder die Atmosphäre eines Polarlichts zu erfassen versuchen. Ein bekanntes Beispiel dafür ist die Musik des finnischen Komponisten Jean Sibelius, der in seinem Orchesterstück „Die Ozeaniden“ die mystische und majestätische Atmosphäre des Nordlichts einfängt.
Und wenn wir schon bei der Musik sind, dann habe ich hier einen absoluten Oberhammer für euch.
Radio Aurora
Polarlichter kann man hören. Was, das glaubt ihr dem Sternenonkel nicht? Man kann. Sie erzeugen jede Menge Radioprogramm. Ich habe von meinem Freund Stefan, der Amateurfunker ist erfahren, dass über das ganze Wochenende quasi kein Funkbetrieb auf der Kurzwelle möglich war. Das erinnert mich stark an meine Jugendsünden. Wir bauten vor fast vierzig Jahren mal einen Piratensender. Von Antennenbau und Schwingkreisen hatten wir nur rudimentäre Ahnung. Unser Sender streute dermaßen, dass kaum noch ein anderer empfangen werden konnte. Leuchtstoffröhren begannen leicht zu funkeln, wenn wir sendeten. Somit erzeugten wir damals unfreiwillig unsere eigenen Polarlichter… Der Sender wurde rasch von der Post geortet und konfisziert. Bestraft wurden wir zum Glück nicht, weil sich niemand bei der Post denken konnte, dass blinde Menschen so etwas fertig bringen.
Im UKW-Band waren am Wochenende sogar Überweiten und Funkverbindungen möglich, die ohne Polarlichter nie gegangen wären. Man konnte mit Richtantennen ein Polarlicht als Reflektor für UKW-Wellen benutzen. Für Sprache war das zwar schwierig, weil Polarlichter unruhig und rau sind, aber für die Telegraphie, z. B. Morsen, hat es ganz gut funktioniert.
Auch hier gilt großer Dank an Stefan, denn er hat uns hier mit Audiobeispielen versorgt.
Er schreibt:
Ich hab dir hier noch zwei YouTube-Links. Der erste ist ein Beispiel für eine an einem Polarlicht reflektierte Sprachverbindung über SSB: https://www.youtube.com/watch?v=s8cZRzUj6Bs (Youtube)
Man hört ganz deutlich, wie rau und brummig die Stimme dabei wird.
Der zweite Link ist eine Verbindung in Morsetelegrafie. Man hört den Unterschied zwischen dem rauen Signal der Gegenstation, das übers Polarlicht reflektiert wird, im Gegensatz zur Station, die dieses Video aufgenommen hat. Das eigene Signal ist klar als Mithörten zu hören, normalerweise klingt die Gegensation zwar verrauschter, aber ähnlich dem eigenen Signal mit klarem Ton anstatt einem undefinierbaren Geräusch.
Meine lieben,
immer mal wieder geistert es durch unsere Medien, dass wir uns momentan in einem Sonnenflecken-Maximum befinden. Wann dieses genau erreicht sein wird, wissen wir erst hinterher, weil niemand vorher weiß, wie stark es genau ausfallen wird.
Was so ein Maximum für uns bedeutet erklärte ich in Droht Gefahr durch unsere Sonne.
Über die Entdeckung der Sonnenflecken überhaut schrieb ich vor einiger Zeit in Wer war der Erste
Über ihren 11jährigen Zyklus und dass die Sonne sich nicht immer daran hält, referierte ich in Der Sonnenkönig und die Sonnenflecken
Was die Sonnenforscher über die merkwürdige Rotation der Sonne und mehr durch Sonnenflecken lernen durften, beschrieb ich in Wanderer mit kurzem Leben.
In Drei Sonnenforscher stellte ich euch drei Persönlichkeiten vor, die sich rund um die Sonnenflecken verdient gemacht hatten.
Kein Wunder, dass ich diesen Flecken so viel Aufmerksamkeit widme. Schaut man die Sonne an, so sieht man nur ihre Oberfläche. Sonnenfinsternisse, so dass z. B. die Korona offenbar wird, treten zwar in den meisten Jahren auf, aber man muss halt erst mal hin kommen. Also bleiben vor allem für die Amateure nur die Flecken und was es sonst so auf der Sonnenscheibe zu sehen gibt. Und das ist, ganz nebenbei bemerkt wieder mal sehr inklusiv, dass man auch ohne teure Instrumenten etwas zur Beobachtung angeboten bekommt.
Der Sonnenzyklus verrät sich allerdings auch noch von ganz anderer Seite her. Darum geht es heute:
Die Kosmische Strahlung
Die Erde empfängt aus den Weiten des Weltraumes einen ständigen Strom geladener Materieteilchen. Diese sogenannte kosmische Strahlung wurde 1913 von dem österreichischen Physiker Viktor Franz Hess
(1883-1964) in den oberen Schichten unserer Atmosphäre entdeckt. Er trug seine Messinstrumente mit Ballonen hoch in die oberen Luftschichten hinauf.
Diese Strahlung ist etwas anderes, als der Sonnenwind, von dem schon an anderer Stelle auf dem Blog die Rede war.
Der Umbau
Die Teilchen dieser Strahlung verwandeln den Stickstoff der Luft in das Kohlenstoffisotop, $C_{14}$. Die Atome dieser Kohlenstoffsorte unterscheiden sich von den normalen Kohlenstoffatomen, $C_{12}$, dadurch, dass sie etwas schwerer sind, denn ihre Kerne enthalten zwei Neutronen mehr.
Ansonsten unterscheiden sich die beiden Isotope chemisch nicht.
Doch anders als $C_{12}$ ist $C_{14}$ radioaktiv. Von
einer vorgegebenen Menge von $C_{14}$-Atomkernen zerfällt innerhalb von
5730 Jahren die Hälfte in Stickstoffatome, $N_{14}$.
Daraus ergeben sich drei Szenarien:
Würde die kosmische Strahlung plötzlich aussetzen, dann würden immer mehr Atome des $C_{14}$ zerfallen, bis schließlich keines mehr übrig wäre.
Hielte aber die kosmische Bestrahlung unverändert über jahrmillionen an, dann würde sich eine bestimmte Anzahl von Atomen des radioaktiven Kohlenstoffs bilden, gerade so viele, dass in jeder Sekunde so viele zerfallen, wie neue erzeugt werden.
Wenn aber die kosmische Strahlung im Laufe der Zeit schwanken würde, dann würde auch die Häufigkeit der $C_{14}$-Atome schwanken.
Die radioaktiven Kohlenstoffatome sind mit denen des normalen
Kohlenstoffs gemischt, und da sie sich chemisch nicht von den anderen
unterscheiden, werden sie mit dem Kohlendioxid von den Pflanzen
aufgenommen und zum Beispiel in den jahresringen der Bäume abgelagert. Wenn man die einzelnen jahresringe eines Baumes untersucht, kann man also für jedes Jahr das Verhältnis von normalem zu radioaktivem Kohlenstoff bestimmen. Doch was hat das mit den Sonnenflecken zu tun?
Der hölzerne Sonnenzyklus
Wenn die Sonne sehr aktiv ist, dann fliegen von ihr mit der ständig von ihrer Oberfläche abströmenden Materie Magnetfelder in den Raum, die in der Nähe der Erde Teilchen der kosmischen Strahlung ablenken, so dasssssie die Erdatmosphäre nicht erreichen.
Und da darf man sich jetzt nicht von den im Maximum stärker auftretenden Polarlichtern ins Bochshorn jagen lassen. Diese entstehen nicht durch die kosmische Strahlung, sondern durch den auffrischenden Sonnenwind mit seinen Teilchenausbrüchen.
Wenn also die Sonnenaktivität ein Maximum hat, dann entsteht in der Erdatmosphäre weniger $C_{14}$. Die in dieser Zeit gebildeten jahresringe sind dann ärmer an radioaktivem Kohlenstoff. Mit Hilfe der Bäume kann man so die Sonnenaktivität weit in die Vergangenheit zurückverfolgen.
Und das ist doch wirklich erstaunlich. Immer ist die Rede von Maximum, hoher Sonnenaktivität, Sonnenausbrüchen und so weiter. Und hier geschieht genau das umgekehrte. Bei hoher Sonnenaktivität entsteht weniger radioaktives $C_{14}$. Das muss man sich erst mal auf der Zunge zergehen lassen. Auch ich habe etwas gestutzt und musste das sacken lassen.
Forscher fanden bei derartigen Untersuchungen tatsächlich deutlich zwei Zeiträume höheren „$C_{14}$-Gehaltes: das uns schon bekannte Maunder-Minimum in der zweiten
Hälfte des 17. Jahrhunderts und ein weiteres, das man das Spörer-Minimum nennt. Es scheint etwa von 1460 bis 1540 gewährt zu haben. Auch
für diese Zeit findet man fast keine Berichte über Polarlichter.
Diese Versuche sind so sensibel, dass man in ihnen zum einen sogar die Variation des Erdmagnetfeldes ablesen kann, als auch die Zunahme des normalen Kohlenstoffs der dadurch entsteht, dass wir Industrienationen durch Öl und Kohle gebundenen normales $C_{12}$ in Form von $CO_2$ in die Luft blasen. Dadurch wird das Isotop $C_14$ quasi verdünnt.
Die Sonne im Eis
Eisbohrkerne sind ebenfalls eine wichtige Quelle für die Erforschung vergangener Sonnenzyklen. Wenn Schnee fällt, werden winzige Luftblasen in Schneeflocken eingeschlossen, die dann in Eisschichten abgelagert werden.
Dadurch entsteht eine kontinuierliche Aufzeichnung vergangener atmosphärischer Bedingungen.
Desto länger der Bohrkern ist, desto älter ist das Eis aus der Tiefe.
Somit bilden sie etwas ähnliches, wie Jahresringe, in dem Fall wohl eher Jahresscheibchen aus.
Unser oben eingeführtes $C_{14}$ lässt sich darin beispielsweise sehr gut finden, weil es im CO_2 der eingeschlossenen Luft eingebaut wird.
Diese beiden Methoden haben gut bewiesen, dass die Sonne sich tatsächlich nicht immer an ihren elfjährigen Zyklus hält.
Wieso die Sonne manchmal pausiert, ist bis heute noch nicht ganz klar. Es hängt mit Magnetfeldern zusammen, die auf ihr entstehen und auch wieder vergehen. Ihre merkwürdige Rotation dürfte hier auch eine erhebliche Rolle spielen und nicht zuletzt, dass die Sonne sich im vierten Aggregatzustand befindet. Sie ist ein Plasma. Das alles muss aber Inhalt weiterer Artikel werden. Bleibt gespannt.
Meine lieben,
So lasst uns heute das Türchen vom 14.12.2023 öffnen, indem wir die Person und das Lebenswerk von Cecilia Payne würdigen.
Sie fand heraus, woraus unsere Sterne hauptsächlich bestehen, aus Wasserstoff und Helium. Das war in den 20er Jahren des letzten Jahrhunderts durchaus noch nicht bekannt. Man stellte sich vor, dass z. B. unsere Sonne ganz ähnlich aufgebaut sei, wie unsere Erde.
Mit ihrer Entdeckung musste sich diese Frau gegen sehr namhafte männliche Wissenschaftler durchsetzen.
Sie studierte ab 1919 Naturwissenschaften, insbesondere Astronomie, an der Universität Cambridge, die damals aber Frauen keine akademischen Grade zuerkannte. Ab 1923 arbeitete sie im Rahmen eines Programms zur Frauenförderung des Observatoriums der Harvard-Universität als erste Doktorandin von Harlow Shapley. Sie arbeitete mit Annie Jump Cannon zusammen, die sich mit der Auswertung von Sternspektren beschäftigte.
1925 wurde sie am Radcliffe College promoviert, denn auch Harvard war dafür zu konservativ. Allgemein wurde damals angenommen, dass es keine signifikanten Unterschiede in der stofflichen Zusammensetzung zwischen der Erde und den Sternen, wie der Sonne, gab. In ihrer Dissertation wies sie jedoch nach,
dass das Aussehen von Sternenspektren im wesentlichen daher rührte, dass durch die hohen Temperaturen in den Sternen das meiste Material unterschiedlich ionisiert vorliegt, und nicht daher, dass Sterne derart komplex zusammen gesetzt wären, wie unsere Erde.
Sie fand heraus, dass Sterne im wesentlichen aus Wasserstoff und Helium bestehen.
Ihren Befund, Wasserstoff und Helium seien die Hauptbestandteile, musste sie allerdings unter dem Druck von Henry Norris Russell, Shapleys Lehrer, widerrufen. So fügte sie in ihre Arbeit die bemerkung ein:
almost certainly not real
Nach unabhängigen Messungen bestätigte Russell aber 1929 dieses Ergebnis. Ihre Doktorarbeit wurde im Nachhinein als die „zweifellos brillanteste Doktorarbeit“ aus dem Fachbereich Astronomie bezeichnet.
1956 wurde sie die erste weibliche Professorin für Astronomie der Harvard University.
Hier noch einige Fakten zu ihrer Person
1931 wurde Payne amerikanische Staatsbürgerin. Auf einer Reise durch Europa 1933 lernte sie in Deutschland den in Russland geborenen Astrophysiker Sergej I. Gaposchkin kennen. Sie verhalf ihm zu einem Visum für die Vereinigten Staaten, und die beiden heirateten im März 1934 und ließen sich in Lexington, Massachusetts, nieder. Payne fügte den Namen ihres Mannes zu ihrem eigenen hinzu, und die Payne-Gaposchkins hatten drei Kinder: Edward, Katherine und Peter. Sie starb in ihrem Haus in Cambridge, Massachusetts, am 7. Dezember 1979. Kurz vor ihrem Tod ließ Payne ihre Autobiografie als The Dyer’s Hand privat drucken. 1984 wurde sie in dem Band Cecilia Payne-Gaposchkin: an autobiography and other recollections nachgedruckt.
Paynes jüngerer Bruder Humfry Payne (1902–1936), der die Schriftstellerin und Filmkritikerin Dilys Powell heiratete, war Direktor der British School of Archaeology in Athen. Paynes Enkelin Cecilia Gaposchkin ist Professorin für spätmittelalterliche Kulturgeschichte und französische Geschichte am Dartmouth College.
Seit 1936 war Payne-Gaposchkin Mitglied der American Philosophical Society.[6] 1943 wurde sie in die American Academy of Arts and Sciences gewählt.
Sie erhielt unter anderem folgende Ehrungen
1934 Annie J. Cannon Award in Astronomy
1976 Henry Norris Russell Lectureship
Der Asteroid (2039) Payne-Gaposchkin wurde nach ihr benannt.
Für heute werde ich es bei diesem für meine Verhältnisse kurzen Artikel belassen,
denn ich habe etwas besseres und sehr hörenswertes für euch.
Anfang Januar 20222 strahlte SWR2-Wissen eine Folge über diese großartige Astronomin aus. In dieser Sendung ist sogar ihre Stimme zu hören.
Aus diesem Grunde schicke ich euch gleich auf die Seite, wo ihr die Sendung entweder direkt anhören, bzw. sowohl die Audio-Datei, als auch das Skript zur Sendung herunterladen könnt. Das kann ich euch an dieser Stelle nicht ersparen, dass ihr auf die Seiten des SWR müsst, weil ich das Audio aus Gründen des Urheberrechts nicht direkt auf dem Blog veröffentlichen darf.
Lehnt euch also zurück und hört euch diese äußerst spannende und wissenswerte Sendung an.
Wer Probleme mit der Bedienung der Seiten des SWR hat, darf sich z. B. über das Kontaktformular gerne an mich wenden. Wir finden einen Weg.
erinnert ihr euch noch?
vor vielen Monaten habe ich euch eine Serie versprochen, die einige Sonnenfinsternisse enthalten wird, die Astronomiegeschichte geschrieben haben.
Im ersten Artikel dieser Serie wurde anhand einer Finsternis geklärt, ob die Protuberanzen, die man während einer totalen Sonnenfinsternis sieht, zur Sonne, oder zum Mond gehören.
Die Indische Finsternis, um welche es heute geht, führte letztlich dazu, dass man die Protuberanzen heute am Tag und auch trotz heller Sonnenscheibe beobachten kann.
Am 18.08.1868 bewegte sich der Kernschatten einer Sonnenfinsternis über die indische und die malaiische Halbinsel.
Der Astronom und Fotograf Pierre Jules César Janssen nahm also die beschwerliche Reise auf sich, um von Guntur in Indien aus diese Finsternis zu beobachten und zu fotografieren.
Während der kurzen Dunkelheit erkannte er im Spektroskop, dass die Protuberanzen hauptsächlich bei den Wellenlängen des Lichtes des Wasserstoffs abstrahlen. Man bedenke, dass es damals durchaus noch nicht klar war, woraus die Sonne hauptsächlich besteht. Das erklärte uns erst die Frau mit dem Sonnenstoff.
Aber Spektralaparate waren bereits erfunden und man entdeckte auch die Lichtsignaturen der chemischen Elemente.
Als nach kurzer Zeit die Sonne wieder hinter der Mondscheibe hervortrat und die Protuberanzen verblassten, soll Janssen ausgerufen haben:
„Diese Linien will ich auch außerhalb der Finsternisse beobachten.“
Am nächsten Tag richtete er sein mit einem Spektroskop ausgestattetes Fernrohr gleich nach Sonnenaufgang auf die Stelle des Sonnenrandes, an der er während der Finsternis eine besonders helle Protuberanz gesehen hatte.
Wenn janssen in seinem Spektroskop nur auf die Alpha-Linie des
Wasserstoffs schaute, dann war er für nahezu alles andere Licht blind. Sonnenbeobachter bis heute betrachten die Sonne gerne in diesem Licht und blenden alles andere mit Filtern weg.
Tatsächlich konnte er das Licht der Spektrallinien der Protuberanzen auch am hellen Taghimmel ausmachen. Durch den Spalt des Spektroskops
am Fernrohr sah er im Licht der roten Wasserstofflinie einen schmalen Streifen der über den Rand der Sonnenscheibe herausragenden leuchtenden Gasmassen. Wenn er das Fernrohr leicht bewegte, dann verschob sich der Spalt und bot den Anblick eines benachbarten schmalen Streifens der Protuberanz. So konnte janssen am Spektroskop Streifen
für Streifen des Sonnenrandes abtasten, zeichnen und zu einem Bild der gesamten Protuberanz zusammensetzen.
Das Arbeiten während einer Finsternis ist stets durch Hektik bestimmt, da nur wenige Minuten Zeit bleiben und sich vielleicht für Jahre keine weitere Gelegenheit bietet. Doch jetzt hatte janssen Muße, mit dem Spektroskop am Fernrohr die Protuberanzen zu zeichnen und zu verfolgen, wie sie innerhalb von Stunden empor züngelten und wieder herabsanken, sich auflösten oder nach Tagen infolge der Rotation hinter dem Sonnenrand verschwanden. janssen war von dem faszinierenden Schauspiel so gefesselt, dass er erst einen Monat später der französischen Akademie der Wissenschaften eine Nachricht darüber zukommen ließ. Fünf Minuten bevor sein Brief die Akademie erreichte,
war dort aber bereits ein Schreiben Des Astronomen Lockyer verlesen worden, in dem dieser berichtete, wie es ihm gelungen war, Protuberanzen außerhalb einer Sonnenfinsternis zu beobachten. janssen hatte zwar als erster die Protuberanzen am hellen Taghimmel beobachtet, aber Lockyer hatte seine Ergebnisse fünf Minuten früher veröffentlicht. Die Akademie fasste daher den salomonischen Beschluss, eine Medaille prägen zu
lassen, um die Entdeckung zu würdigen. Eine Seite zeigt das Portrait von Lockyer, die andere das von janssen.
Die beiden konnten zwar Protuberanzen mit ihren Spektrographen und Teleskopen beobachten, die sich am Rand der Sonnenscheibe befanden, aber Protuberanzen auf der hellen Sonnenscheibe blieben einem anderen großen Astronomen vorbehalten.
Der erst 21jährige George Ellery Hale grübelte darüber nach, wie man trotz des störenden Lichtes der Sonne bessere Fotografien gewinnen und damit mehr
auf der Fotoplatte festhalten konnte.
Zur Idee seines neuen Instrumentes soll er gesagt haben, dass sie ihm in der Straßenbahn gekommen
sei, als er aus dem Wagen heraus auf die Latten eines Lattenzaunes blickte
und sich der dahinterliegende Garten scheinbar an den Zwischenräumen vorbei bewegte. Das war die Geburt des Spektroheliographen, wie Hale das Gerät nannte, das in diesem Augenblick in seinem Kopf
entstand.
Und so funktioniert es:
Ein Teleskop wirft ein Bild der Protuberanz auf den Spalt eines Spektographen.
Dieser Spalt schneidet aus dem Bild einen schmalen Streifen heraus, und nur
das Licht dieses Ausschnittes gelangt in das Innere des Spektrographen.
Dieser wiederum erzeugt auf einer Fotoplatte ein Bild des Spaltes in
allen Farben. Man kann nun einen zweiten Spalt an die Stelle des
Spektrums setzen, wo die dunkle Alpha-Linie des Wasserstoffs steht.
Durch diesen zweiten Spalt geht nur das Licht der Wasserstofflinie des
durch den ersten Spalt ausgeblendeten Streifens der Sonnenscheibe.
Eine Fotoplatte dahinter erhält dann nur das Bild, das der erste Spalt
aus der Sonnenscheibe und der zweite Spalt aus dem Spektrum herausschneiden
Würde man die Platte entwickeln, hätte man im Licht der herausgeblendeten Wellenlänge eine Fotografie der Protuberanz. Das Bild würde aber nur einen schmalen Streifen der Erscheinung zeigen, so, als müsse man in einer Galerie ein Rembrandt-Bild im
Nebenraum durch einen mehrere Meter entfernten schmalen Türspalt betrachten, man würde kaum etwas erkennen.
Deshalb arbeitete George Ellery Hale mit folgendem Trick: Während
man das Teleskop langsam relativ zur Sonne bewegt, wandert das Bild
der Protuberanz langsam über den Spalt.
Der schmale Streifen, der fotografiert wird, wandert langsam über die Protuberanz hinweg. Wenn man jetzt die Fotoplatte hinter dem zweiten Spalt im Spektrographen mit der richtigen Geschwindigkeit bewegt, so wird
Streifen neben Streifen auf die Platte gebannt. Auf der Schicht entsteht
so ein Bild der ganzen Protuberanz.
Später schrieb ein Freund Hales, daß die Erfindung zweifellos mehr zum
Verständnis der Vorgänge am Himmel beigetragen hatte als irgendeine
andere, seitdem Galilei sein Fernrohr zum Himmel gerichtet hat.
Es gäbe hier noch viel über diesen großen Mann zu berichten. Wie wichtig er war, kann man auf jeden Fall auch daran erkennen, dass man einen Kometen nach ihm benannte, den wir 1986 mit der Raumsonde Giottto besuchten.
Dank einer Erfindung des französischen Astronomen Bernard Lyot, ist zur Beobachtung der Protuberanzen heute kein Spektroheliograph mehr nötig. Man kann Filter herstellen, die nur Licht bei einer bestimmten Wellenlänge durchlassen.
Durch diese Erfindungen konnte man schließlich auch entdecken, dass es auf der Sonnenoberfläche recht arg zugeht. Aber das, und vieles mehr muss auf einen anderen Artikel warten.
Meine lieben,
das hier könnte mal wieder eine kleine fünfteilige Serie werden…
sie liegt nun hinter uns, die partielle Sonnenfinsternis vom 25.10.2022. Bei uns war es leider bewölkt, aber einige hatten ja doch Glück, was man an zahlreichen Fotos sah, die durch die sozialen Medien gingen.
Für mich stellte sich nun die Frage, was ich um Himmels Willen noch über Finsternisse schreiben soll, das ich in den letzten Jahren noch nicht mit euch geteilt habe. Macht doch mal den Spaß und gebt in das Suchfeld auf dem Blog „Finsternis“ ein. Selbst ich bin erstaunt, dass hier tatsächlich mehrere Seiten von Artikelüberschriften aufgelistet werden, die inhaltlich damit zu tun haben.
Was wir aber bisher noch gar nicht richtig behandelt haben sind die Fragen der Astrophysiker, die gerade erst durch die Beobachtung von Sonnenfinsternissen beantwortet werden konnten. Eine dieser Fragen haben wir aber schon behandelt. Einsteins Relativitätstheorie konnte tatsächlich durch eine Sonnenfinsternis bewiesen werden.
Im vorletzten Jahrhundert gab es innerhalb von 11 Jahren fünf Finsternisse, welche die Sonnenforschung erheblich voran brachten. Und das ist doch irgendwie lustig. Ausgerechnet dann, wenn das Objekt der Begierde verdeckt wird, sollte man am meisten darüber erfahren…
Steigen wir also ein, in das, was im Finstern erhellt wurde.
Die Frage, mit der wir einsteigen ist, dass man damals durchaus nicht wusste, ob die Protuberanzen der Sonne, oder dem Mond zuzurechnen sind. Auch über eine optische Täuschung wurde spekuliert. Wir erinnern uns. Protuberanzen sind die scheinbaren Flammenzungen die dann sichtbar werden, wenn unser Mond die Sonnenscheibe verdeckt. Ansonsten werden sie von ihr überstrahlt, und man benötigt spezielle Teleskope, um sie auch ohne die Sonne verfinsternden Mond immer sehen zu können. Dazu kommen wir aber heute noch nicht.
Also, nochmal die Frage.
„Gehören die wunderschönen Protuberanzen der Sonne, oder schmückt sich damit unser Mond, oder sind sie gar nur eine optische Täuschung, die immer bei totalen Sonnenfinsternissen auftritt?“
Die Antwort gab die Finsternis vom 18. Juli 1860 in Spanien. Zwei Gelehrte zogen mit ihren Instrumenten an den Ebro und an die spanische Mittelmeerküste. Zum ersten Mal wurde die Fotografie, damals noch Daguerreotypie genannt, zur Erforschung von Finsternissen eingesetzt.
Der Engländer Warren de la Rue (1815-1889), ein reicher Papierfabrikant, war ein Pionier in der
Fotografie astronomischer Objekte. Der jesuitenpater Angelo Secchi (1818-1887), Direktor des Collegio Romano, widmete sich in der zweiten Hälfte seines Lebens dem Studium der Sonne. Beide fotografierten
in Spanien die Protuberanzen von Orten aus, die mehrere hundert Kilometer auseinander lagen. Die Bilder glichen sich wie ein Ei dem anderen. Die roten Flammenzungen waren also reell. Mehr noch, rasch nacheinander aufgenommene Platten zeigten, dass sich der Mond vor den Protuberanzen vorbeibewegt. Damit wusste man:
Die Protuberanzen gehören zur Sonne.
Die Sonne ist so weit, etwa 150 Mio Kilometer von uns entfernt, dass die unterschiedliche Perspektive, die die beiden Herren durch ihren mehrere hundert Kilometer entfernte Beobachtungsplätze hatten, keine Rolle spielte. Der Unterschied, der sich durch die verschiedenen Beobachtungswinkel ergab, war so klein, dass er auf den Fotos nicht ins Gewicht fiel. Somit glichen sich die Bilder so sehr, als wären sie am selben Ort geschossen worden. Einige Jahrhunderte davor, wurde mittels dieser Beobachtungsmethode ein alter Glaube erschüttert, an den ich hier kurz erinnern möchte.
Der gute alte Aristoteles vertrat die Ansicht, dass alle Himmelskörper die Erde auf festen ihnen eindeutig zugewiesenen Bahnen umrundeten. Weil Kometen kamen und gingen, rechnete er sie nicht zu den Himmelskörpern, sondern hielt sie für langsam brennende Feuer in den oberen Luftschichten. Wenn Kometen atmosphärischer Natur waren, mussten sie näher als die anderen Himmelskörper bei der Erde sein. Somit sollten sie sogar näher sein als der Mond. Das war nämlich schon den alten Griechen klar, dass er der nächste Himmelskörper ist. Wie auch immer. Die Autorität Aristoteles war so groß, dass seine Lehren über 2000 Jahre gültig blieben.
Dieser Glaube und Grundfeste wurde im Jahre 1577 erschüttert. In diesem Jahr tauchten gleich zwei Kometen auf, von deren zweiten der dänische Astronom Tycho Brahe von seiner dänischen Insel aus, wo er sich ein riesiges Observatorium baute, beobachtete. Tycho hatte die Idee, die Entfernung dieses Kometen zu vermessen. Dann sollte man erfahren, ob sie wirklich atmosphärisch nahe Objekte darstellen, oder nicht.
Kennt man die Distanz zweier Beobachtungsorte, so lässt sich der Abstand berechnen. So bestimmten schon die alten Griechen die ungefähre Entfernung zum Mond.
Also vermaß Tycho die Winkel zu seinem Kometen. Diese verglich er dann mit den Daten, die ein befreundeter Astronom in Prag ermittelte. Sie unterschieden sich nicht von Tychos winkeln. Da die Entfernung beider Standorte bekannt war, konnte das nur bedeuten, dass der Komet weit entfernt sein musste, da die Winkelunterschiede deutlich kleiner waren als das, was man mit damaligen Messinstrumenten auflösen konnte.
Tychos Komet musste somit ungefähr vier mal so weit weg sein als der Mond. Wäre die Distanz kleiner gewesen, hätte er eine Parallaxe messen sollen.
Man kann an dieser Stelle gar nicht hoch genug würdigen, was für ein exzelenter Beobachter Tycho war, denn es standen ihm keine Teleskope zur Verfügung. Kometen waren also scheinbar keine atmosphärischen Objekte, sondern kamen von weit her.
Wir erinnern uns, dass diese Methode auch zum Einsatz kam, als man die Radiobilder der Umgebung zweier schwarzer Löcher machte. Wählt man noch größere Abstände, z. B. den Durchmesser der Umlaufbahn der Erde um die Sonne, dann kann man Dreiecke zu Himmelsobjekten aufspannen, die hunderte von Lichtjahren von uns entfernt sind. Seit es forschende Astronomen gibt, wurde mit dieser Parallaxen-Methode viele Entdeckungen gemacht und das Universum wurde quasi immer größer.
Eine der nächsten bahnbrechenden Entdeckungen und Erfindungen wird uns zu einer weiteren Sonnenfinsternis führen, die von Indien aus beobachtet wurde, aber nicht mehr heute…
Heute ist der 08.03., Welt-Frauentag. Was liegt näher, so einen Tag zu begehen, als dass ich mir Gedanken über große Frauen in Astronomie und Wissenschaft mache. Das seid ihr ja von mir gewöhnt, dass an jedem 08.03. eine Wissenschaftlerin gewürdigt wird.
Bis heute sind Frauen in naturwissenschaftlich-technischen Berufen leider noch immer unterrepräsentiert. Die Statistiken sprechen hier eine sehr deutliche Sprache. Trotz Frauenbewegung, Emanzipation, Erziehungsurlaub auch für Männer, gesetzliche Gleichberechtigung und dafür aufgeschlossene Männern, ist es noch nicht gelungen, diesen Missstand in den Griff zu bekommen.
Dennoch hat es immer wieder Frauen gegeben, die trotz Benachteiligung, Unterdrückung, Bildungsverbot und Leben in einer streng patriarchaisch dominierten Gesellschaft, großartiges in Wissenschaft, z. B. der Astronomie, geleistet haben. Sie setzten sich in einer harten Männerwelt durch und waren vielleicht sogar öfter, als man denkt, die schlaueren Köpfe. Zumindest zeugen einige Dokumente davon, dass viele starke kluge Frauen die Fäden ihrer Professoren-Männer in Händen hielten…
Bis in biblische Zeiten hinein, kann man diese Phänomene beobachten. Somit scheint der Satz „Der Mann kann noch so viele Dinge bauen – Es steht und fällt ein Volk mit seinen Frauen“ mehr Wahrheitsgehalt zu haben, als manchen lieb ist.
So lasst uns den Weltfrauentag 2022 damit begehen, indem wir die Person und das Lebenswerk von Cecilia Payne würdigen. Sie fand heraus, woraus unsere Sterne hauptsächlich bestehen, aus Wasserstoff. Das war in den 20er Jahren des letzten Jahrhunderts durchaus noch nicht bekannt. Man stellte sich vor, dass z. B. unsere Sonne ganz ähnlich aufgebaut sei, wie unsere Erde.
Heute werde ich euch allerdings keinen ausschweifend langen Artikel schreiben, denn ich habe etwas besseres und sehr hörenswertes für euch.
Anfang Januar strahlte SWR2-Wissen eine Folge über diese großartige Astronomin aus. In dieser Sendung ist sogar ihre Stimme zu hören.
Aus diesem Grunde belasse ich es heute mit vielen Worten, und schicke euch gleich auf die Seite, wo ihr die Sendung entweder direkt anhören, bzw. sowohl die Audio-Datei, als auch das Skript zur Sendung herunterladen könnt. Das kann ich euch an dieser Stelle nicht ersparen, dass ihr auf die Seiten des SWR müsst, weil ich das Audio aus Gründen des Urheberrechts nicht direkt auf dem Blog veröffentlichen darf.
Lehnt euch also zurück und hört euch diese äußerst spannende und wissenswerte Sendung an.
Wer Probleme mit der Bedienung der Seiten des SWR hat, darf sich z. B. über das Kontaktformular gerne an mich wenden. Wir finden einen Weg.
Heute beschäftigen wir uns nochmal mit Sonnenflecken, weil sie einfach so wunderbare Objekte sind, die auch von Amateuren als Hobby beobachtet werden können, denen nur kleinere Teleskope zur Verfügung stehen.
Achtung!!! Dringend beachten!!!
Und hier möchte ich dringend anmerken, dass man NIEMALS irgend etwas auf der Sonne direkt mit dem Auge an einem optischen Gerät beobachten darf, wenn man vermeiden möchte, dass einem künftig meine Artikel vorgelesen werden müssen. Entweder verwendet man spezielle Filter, oder Finsternis-Brillen, welche die Augen schützen, oder man wirft die Sonnenscheibe hinter dem Instrument auf einen weißen Papierschirm. Fabricius erblindete vermutlich nur deshalb nicht, weil sein Teleskop zu lichtschwach war.
Ich weiß, dass ich diesen Hinweis schon in anderen Artikeln gab, aber das kann man nicht oft genug wiederholen…
Nun aber zur heutigen Geschichte:
Der Gymnasiallehrer, der Sonnenphysiker wurde
Beim Studium der Sonnenflecken haben vor allem Laien eine große Rolle gespielt. Da waren der Mediziner Johannes Fabricius, der Apotheker Schwabe, der Mathematiklehrer Rudolf Wolf und der Privatgelehrte Carrington, der verhinderte Theologe, der sich auch noch um die ererbte Brauerei kümmern musste. Während Carrington an seiner eigenen Sternwarte arbeitete, befasste sich in Anklam, nahe der Ostseeküste,
der Gymnasiallehrer Gustav Spörer (1822-1895) mit den Sonnenflecken. Er wusste nichts von Carringtons Messungen der Sonnenrotation
und entdeckte unabhängig von ihm das merkwürdige Rotationsgesetz der Sonne. Später konnte er auch das Schmetterlingsdiagramm mit seinen eigenen Beobachtungen bestätigen. Der Lehrer aus Anklam wurde
1874 als Observator nach Potsdam berufen, wo er bis kurz vor seinem
Tode arbeitete. Seine Entdeckungen gaben den Anstoß zur Gründung des Astrophysikalischen Observatoriums in Potsdam im Jahre 1879.
Hier erkannte er eine der merkwürdigsten Unregelmäßigkeiten im Sonnenzyklus.
Plötzliche Stille
Unmittelbar nach der Entdeckung der Flecken hat man sie eifrig beobachtet. Bald aber wurde es still um sie. Das lag aber nicht nur daran, daß
sie ihren anfänglichen Reiz verloren hatten; die Sonne selbst war auch
daran schuld. Es ist kein Wunder, dass die nächsten wichtigen Erkenntnisse dieser mit verhältnismäßig einfachen Mitteln zu beobachtenden
Erscheinung erst im letzten Jahrhundert gewonnen wurden, denn für
etwa 70 Jahre blieben die Sonnenflecken aus.
Als Rudolf Wolf Ende des vorletzten Jahrhunderts versuchte, aus alten
Beobachtungsdaten Relativzahlen zu rekonstruieren, ging er bis in das Jahr 1700 zurück. Er hat sich nie darüber geäußert, warum er keine
Relativzahlen aus Jahren davor zusammengestellt hat. Möglicherweise
schienen ihm die Quellen aus jener Zeit nicht zuverlässig genug. Der amerikanische Sonnenforscher john A. Eddy hat aber eine andere
Erklärung: Wolf war durch Schwabes Entdeckung des Sonnenfleckenzyklus motiviert worden, das regelmäßige Kommen und Gehen der
Flecken und ihrer Gruppen nicht nur von damals an genauestens zu
verfolgen. Er wollte auch nachweisen, dass der Schwabesche Zyklus bis weit in die Vergangenheit zurückverfolgt werden kann. Das gelang ihm
tatsächlich bis etwa zum Anfang des 18. Jahrhunderts. Möglicherweise musste Wolf dann feststellen, dass frühere Beobachtungen nicht mehr in den Schwabeschen Zyklus passten. Deshalb mißtraute er den spärlichen
Quellen, die er aus dem 17. Jahrhundert fand, und verzichtete darauf,
seine Untersuchungen auf diese Zeit auszudehnen.
Es spricht vieles dafür, dass es damals tatsächlich kaum Sonnenflecken gegeben hat. Nun tritt Gustav Spörer wieder auf. Im Jahre 1889
wies er darauf hin, dass der normale Zyklus der Sonnenflecken unterbrochen war, während eines Zeitraumes, der etwa 1716 endete. Ein Jahr
später bestätigte der englische Sonnenforscher Edward Walter Maunder
(1851-1928), der von der Greenwicher Sternwarte aus die Sonne studierte, die Spörersche Vermutung. Sein Artikel „Ein verlängertes Sonnenfleckenminimum“ erschien 1890. Seither spricht man vom Maunder-Minimum. Eddy versuchte, die Fleckenrelativzahlen über das Jahr 1700 hinaus zurück zu konstruieren.
Der Sonnenkönig und die Sonnenflecken
Tatsächlich scheint die Sonne während der Regierungszeit Ludwigs XIV, des Sonnenkönigs, also von 1638 bis 1715, kaum Flecken
gezeigt zu haben. Es ist zwar schwer, aus Jahren, in denen noch niemand die Sonne systematisch überwacht hat, Material über die damalige Sonnenaktivität zu finden, doch in dieser Zeit werden Sonnenflecken kaum erwähnt, obwohl Fernrohre zur Verfügung standen. Man
konnte sie jederzeit kaufen, und es bedarf ja keines besonders raffinierten Teleskops, um einen Sonnenfleck zu sehen. Während der Zeit, aus
der kaum von Sonnenflecken berichtet wird, hat man mit Fernrohren
eine Reihe von anderen Entdeckungen gemacht.
Man sah, dass der Saturnring geteilt ist,
entdeckte fünf Saturnmonde
und sah Merkur und Venus als schwarze Punkte vor der Sonnenscheibe vorbeigehen.
Trotz dem gibt es aus der Zeit zwischen 1645 und 1715 kaum Berichte über
beobachtete Sonnenflecken. In diesem Zeitraum tritt sogar eine Spanne
von 32 Jahren auf, aus der es keinen einzigen Bericht von einem gesichteten Sonnenfleck gibt.
Als Giovanni Domenico Cassini (1625-1712), der Direktor der Pariser Sternwarte, mitten im Maunder-Minimum doch einen Sonnenfleck
entdeckte, bot das Anlass für eine längere Notiz, gefolgt von einem
ausführlichen Bericht über den letzten Sonnenfleck vor elf Jahren.
Schließlich musste man allen denen, die noch keinen gesehen hatten, erklären, wie ein Sonnenfleck aussieht. Auch Picard, der vielen als Bestimmer des Erddurchmessers bekannt sein dürfte, hat damals einen Sonnenfleck entdeckt, und Cassini schreibt, Picard hätte sich
sehr darüber gefreut, da er zehn Jahre lang keinen gesehen hatte.
Auch andere Hinweise deuten auf das verlängerte Sonnenfleckenminimum hin.
So zeigen sich in Zeiten hoher Sonnenaktivität viele und zahlreiche Polarlichter, manchmal bis in unsere Breiten hinein. Sie werden von Gasmassen hervorgerufen, welche besonders stark in Zeiten eines Fleckenmaximums von der Sonne ausgeschleudert werden. Auch in historischen
Berichten über Nordlichter spiegelt sich die fleckenlose Zeit wider. Den
stärksten Hinweis auf Unregelmäßigkeiten im Sonnenfleckenzyklus in
der Vergangenheit erhält man aber aus ganz anderer Richtung.
So, dann komme ich heute mal wieder mit einem Beitrag zu unserer Serie Der Sonne entgegen.
Es ist einige Zeit her, seit ich dort den letzten Artikel über „Das Wandern der Sonnenflecken“ veröffentlichte. Aber mit den Sonnenflecken und vor allem mit unserem Stern sind wir noch lange nicht fertig. Er ist es wert, denn nur von ihm wissen wir so viel. Die anderen sind ja leider alle zu weit weg, aber Flecken dürften die auch haben.
Also los.
Der Deutsche
Eine ganz wichtige Gesetzmäßigkeit auf der Sonne fand ein Apotheker aus Dessau, Heinrich Samuel Schwabe (1789-1875).
Der verkaufte im Jahre 1829 die von seinem Großvater übernommene Apotheke, um „sein wahres Leben“ zu beginnen, was hieß, sich seinen Lieblingsstudien, der Botanik und der Astronomie, zu widmen. Eigentlich hoffte er, einen neuen Planeten zu finden, der sich innerhalb der Merkurbahn um die Sonne
bewegte und der gelegentlich als kleiner schwarzer Fleck vor der Sonnenscheibe stehen sollte. Bei der Jagd nach „Vulkan“, wie dieser vermutete Planet damals genannt wurde, den noch keiner gesehen hatte und von dem wir heute wissen, dass es ihn nicht gibt, durfte Schwabe natürlich nicht Sonnenflecken mit dem gesuchten Planeten verwechseln. Deshalb beobachtete er auch Sonnenflecken und notierte sich über Jahre hinaus die Tage, an denen er keinen einzigen Fleck auf der Sonnenscheibe erspähen
konnte.
1843 verfasste er eine kleine Schrift über seine Sonnenbeobachtungen und schickte diese an das astronomische Fachjournal seiner Zeit, die Astronomischen Nachrichten. Er hatte bereits seine Daten aus den Jahren 1826 bis 1837 in der gleichen Zeitschrift veröffentlicht. Nun aber, auf insgesamt siebzehn Jahre zurückblickend, fiel ihm auf, dass seine Ernte eine auffallende Regelmäßigkeit zeigte. Da
gab es einige Jahre, in denen er an jedem Beobachtungstag mindestens einen Sonnenfleck gesehen hatte. Das war zum Beispiel 1828 und 1829, aber auch in den Jahren 1836, 1837, 1838 und 1839 hatte er an jedem klaren Tag Sonnenflecken erkennen können, während in den Jahren um 1833 und 1843 die Sonnenscheibe an über hundert Tagen fleckenfrei war. Daraus schloss er, dass die Flecken mit einer ungefähren Regelmäßigkeit von zehn Jahren besonders häufig auftreten und in den dazwischenliegenden Jahren selten sind.
Die Schwabesche Entdeckung wurde anfangs nicht all zu sehr beachtet. Erst als Alexander von Humboldt im 1850 erschienenen dritten Band seines „Kosmos“ in dem er das naturwissenschaftliche Weltbild seiner Zeit beschrieb, Schwabes Arbeiten erwähnte, wurde die Welt auf den Liebhaberastronomen aus Dessau aufmerksam. Humboldt druckte in seinem Werk Schwabes Tabelle mit den Zahlen der fleckenfreien Tage pro Jahr ab. Aber seit Schwabe seine Daten veröffentlicht hatte, waren inzwischen sieben Jahre vergangen, und Schwabe konnte Humboldt nun auch noch die Ergebnisse dieser Zeit spanne liefern. Die nunmehr ergänzte Liste zeigte, dass Schwabe auch in den Jahren 1847, 1848 und 1849 keinen fleckenfreien Tag erlebt hatte. Das passte genau zu der früher von ihm angegebenen Periode der Fleckenhäufigkeit. Etwa alle zehn Jahre kommen die Sonnenflecken so häufig, dass es während des ganzen Jahres kaum einen fleckenfreien Tag gibt. Humboldt schrieb:
Keiner der jetzt lebenden Astronomen, die mit vortrefflichen Instrumenten ausgerüstet sind, hat diesem Gegenstand eine so anhaltende Aufmerksamkeit widmen können.
Während des langen Zeitraumes von 24 Jahren hat Schwabe oft über 300 Tage im Jahr die Sonnenscheibe durchforscht. Da seine Beobachtungen der Sonnenflecken von 1844 bis 1850 noch nicht veröffentlicht waren, so habe ich von seiner Freundschaft erlangt, dass er mir dieselben mitgeteilt, und zugleich auf eine Zahl von Fragen geantwortet hat, die ich ihm vor gelegt.
So hat der Amateurastronom erst im Alter von 61 Jahren wissenschaftliches Ansehen gewonnen. Die Königliche Astronomische Gesellschaft in London verlieh ihm ihre Goldmedaille. Er, der seit seinem
41sten Lebensjahr jeden Winter an der Gicht darniederlag, konnte noch zwei Sonnenfleckenmaxima erleben. Sie kamen mit der von ihm vorhergesagten Regelmäßigkeit.
Heute wissen wir, dass die Sonnenflecken mit einer Periode von etwa elf Jahren besonders häufig auftreten. Erst spätere Untersuchungen haben uns gelehrt, wie regelmäßig der Zyklus der Sonne genau ist. Sie haben aber auch gezeigt, dass die Sonne ihm nicht immer folgt. Das wird aber eine andere spannende Geschichte.
Sonnenflecken treten häufig in Gruppen auf.
Und so nahm Schwabe als Maß für die Stärke der Fleckenaktivität der Sonne einerseits die Zahl der Gruppen von Sonnenflecken, die er beobachtete,
zum anderen aber auch die Zahl der Tage eines Jahres, an denen er die Sonne beobachtete, ohne einen Fleck zu sehen.
Die Frage war nun, was denn jetzt mehr über die Aktivität der Sonne aussagt, die Anzahl der Flecken, oder die der Gruppen.
Ein Schweizer fand den Kompromiss.
Der Schweizer
Rudolf Wolf (1816-1893) aus Fällanden bei Zürich war zunächst Mathematiklehrer in Bern, wurde dann aber 1847 Direktor der dortigen Sternwarte und erhielt später einen Lehrstuhl für Astronomie in Zürich.
Er rief eine internationale Sonnenüberwachung ins Leben. An möglichst vielen Tagen eines Jahres und von möglichst vielen Stellen der Erde aus sollte man die Sonnenscheibe auf Flecken untersuchen. Spätestens jetzt wurde es nötig, ein Maß für die Stärke der Sonnenaktivität zu finden, damit man sich gegenseitig verständigen konnte. Er erfand die über hundert Jahre lang nützlichen Sonnenfleckenrelativzahlen. Sie
werden so bestimmt:
Man zählt zuerst die Gruppen von Sonnenflecken, die auf der Sonne zu sehen sind, und dann noch einmal alle Flecken, seien sie einzeln oder in einer der bereits gezählten Gruppen. Die Fleckenzahl wird dann zur zehnfachen Gruppenzahl addiert.
Beispiel:
Ist kein Fleck auf der Scheibe, dann gibt es natürlich weder eine Gruppe noch einen Einzelnen Fleck. Die Relativzahl ist null. je mehr Flecken und Gruppen, um so höher die Relativzahl. An Tagen besonders starker Sonnenaktivität kann sie den Wert 300 erreichen. Wolf gelang es auch, anhand alter Daten Relativzahlen zurück bis in das Jahr 1730 zu rekonstruieren.
Sie zeigen den von Schwabe entdeckten Rhythmus der Sonnenfleckenhäufigkeit sehr deutlich.
Man muss dabei aber beachten, dass die Zahlen von Tag zu Tag stark schwanken. Man denke sich nur das Verschwinden einer Gruppe, die selbst aus 30 Flecken besteht, hinter dem Sonnenrand. Dann geht die Relativzahl schlagartig um den Wert 40 zurück, ohne dass auf der Sonne etwas Besonderes geschehen ist.
Das Verschwinden der Gruppe hat überhaupt nichts mit der Sonne selbst zu tun, es rührt nur davon her, dass wir sie zufällig von der Erde aus nicht mehr sehen, weil wir nicht hinter die Sonne schauen können.
Der Engländer und der Schmetterling
Weitere Erkenntnisse verdanken wir einem Amateurastronomen, Richard Christopher Carrington (1826-1875), der auf seiner Privatsternwarte die Sonne beobachtete. Er war der Sohn eines reichen Bierbrauers und sollte eigentlich Theologie studieren, doch es zog ihn mehr zur Astronomie hin. Nach einer dreijährigen Lehrzeit als Beobachter baute er sich seine eigene Sternwarte. Die Schwabesche Entdeckung war gerade erst bekannt geworden, und Wolf hatte das periodische Schwanken der Sonnenfleckenrelativzahlen bis weit in das 18. Jahrhundert zurückverfolgen können. Sonnenflecken waren also das ideale Objekt für die Beobachtungen des Hobbyastronomen.
Carringtons erste Entdeckung
Zuerst entdeckte er an der Wanderung der Flecken über die Scheibe, dass die Sonne sich nicht so dreht, wie man es von einem starren Körper erwartet. Während nämlich ein Fleck in Äquatornähe bereits innerhalb
von 25 bis 26 Tagen einmal die Sonne umrundet, benötigt ein Fleck in
30 Grad Breite etwa 27 Tage. In höheren Breiten, etwa in 80 Grad
nördlicher (oder südlicher) Breite sogar mehr als 30 Tage
Während die Entdeckung und Bestätigung der elfjährigen Periode der Sonnenfleckenrelativzahlen auf Zählen am Fernrohr beruhte, so hatte
Carrington das Rotationsgesetz der Sonne durch Vermessen der Orte einzelner Flecken auf der Sonnenscheibe gefunden.
Carringtons zweite
Dabei entdeckte er noch eine andere Gesetzmäßigkeit. Die Flecken bevorzugen im Laufe eines Zyklus verschiedene Zonen der Sonnenscheibe. Zur Zeit eines Fleckenmaximums findet man sie meist in zwei Streifen, die sich in etwa 15 Grad Breite parallel zum Sonnenäquator hinziehen.
Nach einem Sonnenminimum erscheinen die Flecken auf beiden Halbkugeln in mittleren Breiten, etwa bei 30 Grad nördlicher und südlicher Breite. Im Laufe der nachfolgenden Jahre findet man die Flecken mehr und mehr in Äquatornähe,
Nachdem das Maximum überschritten ist, werden sie schließlich immer spärlicher. Etwa gleichzeitig tauchen neue Flecken in höheren Breiten auf und beginnen mit zwei neuen „Schmetterlingsflügeln“, mit dem neuen Zyklus.
Zeichnet man zwei aufeinanderfolgende Zyklen in ein Diagramm ein, so entsteht eine Abbildung, die stark an einen Schmetterling erinnert. Von da her trägt es diesen Namen.
So kann man Flecken des alten Zyklus und solche des neuen gut unterscheiden.
Die Tragödie des Richard Christopher Carrington
Und weil Carrington so ein großartiger Sonnenforscher war, darf ich euch an dieser Stelle die tragische Geschichte, wie sein Leben endete, nicht vorenthalten.
Ja, auch große Wissenschaftler sind Menschen, denen das Schicksal oft hart mitspielt. Carringtons Lebensende war von Ereignissen überschattet, die nie geklärt worden sind, die uns aber die Tragödie
ahnen lassen, die dieser große Mann, der ursprünglich einmal Priester
werden wollte, erleiden musste.
Im Jahre 1865 erkrankte er schwer, verkaufte die ererbte Brauerei und zog sich in ein Haus in Surrey zurück. Dort begann er ein neues Observatorium zu bauen. Irgendwann in dieser Zeit wurde auf Rose Ellen, Carringtons Frau, ein Mordanschlag verübt. Der Attentäter wurde
gefasst und zu 20 Jahren Gefängnis verurteilt.
Am 17. November 1875 wurde Frau Carrington tot in ihrem Bett aufgefunden. Offensichtlich war sie an einer Überdosis ihrer Medizin gestorben. Bei der kurz darauf abgehaltenen Untersuchung wurde festgestellt, dass Carrington, der ihr wie immer am Vorabend die Medizin gereicht hatte, nach dem Erwachen am Morgen seine Frau im Bett auf dem Gesicht liegen sah, aber geglaubt hatte, sie schliefe. Erst später bemerkte das Dienstmädchen den Tod. Frau Carringtons Körper war noch warm. Der Hausarzt, der den Tod bestätigte, erklärte die von Carrington verabreichte Dosis an Medizin für ungefährlich. Die Analyse des Mageninhaltes zeigte keinerlei Spur von Gift, und so blieb die Todesursache ungeklärt.
Trotzdem rügte das Gericht Carrington wegen mangelnder Fürsorge der Kranken gegenüber. Dieser indirekte Schuldspruch muss ihn schwer getroffen haben. Am gleichen Tag verließ er sein Haus und kam erst nach einer Woche zurück. Inzwischen hatte sich die Dienerschaft auf und davon gemacht. Am 27. November betrat Carrington das Haus. Danach hat ihn niemand mehr lebend erblickt. Als beunruhigte Nachbarn die Türen aufbrachen, fanden sie seinen Körper
in einem verschlossenen Zimmer ausgestreckt auf einer Matratze. Als Todesursache wurde Gehirnblutung angegeben, doch auch von Selbstmord wurde gemunkelt.
