Kategorie: Erhellende Finsternisse

Eine Finsternis, ein Sonnenforscher und ein Lattenzaun


Meine lieben,

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.

Erhellende Finsternisse – 1 von 5


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.

Wer das nochmal nachlesen möchte hier lang.

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…

Was Einstein vor einhundert Jahren weltberühmt machen sollte


Liebe Leserinnen und Leser,

In diesem Jahr jährt sich ein Ereignis zum hundertsten male, das Albert Einstein auf einen Schlag weltberühmt machen sollte.
Am 14.12.1919 brachte die Berliner ilustrierte Zeitung auf ihrer Titelseite das Portrait Albert Einsteins und schrieb:

„Eine neue Größe der Weltgeschichte, Albert Einstein, dessen Forschungen eine völlige Umwälzung unserer Naturbetrachtung bedeutet, und den Erkenntnissen eines Kopernikus, Kepler und Newton gleichwertig sind,“
Dieser Einstein war in das Interesse der Medien gerückt. Schuld daran war eine Sonnenfinsternis. Aber alles der Reihe nach.

Im Zusammenhang mit Schwarzen Löchern und den Gravitationswellen, haben wir uns schon dann und wann mit Einsteins Relativitätstheorie beschäftigt.
Diese Theorie besagt, dass Objekte sich nicht anziehen, sondern den Raum so umgestalten, dass sie sich durch ihre Gravitation aufeinander zu bewegen.
Oft wird, um dieses zu erklären, ein Gummituch als Vergleich herangezogen, das sich, wenn man zwei Kugeln auf das gespannte Tuch legt, so eindrückt, dass die leichtere Kugel auf die schwerere Kugel zurollt.
Das sieht dann so aus, als würden sich die beiden Kugeln anziehen.
Wer schon mal mit jemandem eine Luftmadratze oder ein Wasserbett geteilt hat, weiß, was ich meine.

Ändert sich der Raum, dann ändert sich auch dessen Geometrie. In unserem Alltag ist die Raumgeometrie flach. Das bedeutet, dass ein Dreieck eine Winkelsumme von 180 Grad besitzt.
Auf einer Kugel kann man drei Linien sich rechtwinklig so schneiden lassen, dass man ein Dreieck mit drei rechten Winkeln, also 270 Grad als Winkelsumme bekommt.
Stellt euch z. B. einen Globus mit seinem Äquator vor. Nun wählen wir uns einen Längengrad, z. B. den Null-Meridian. Wir führen ihn auf dem Globus weiter, bis sich die Linie schließt. Nun nehmen wir einen weiteren Längengrad, der an den Polen mit dem ersten einen Winkel von 90 Grad bildet. Das tuen die beiden Längengrade mit dem Äquator auch,
Und siehe da. Wir haben Dreiecke mit drei rechten winkeln.
Ein Dreieck auf einer quasi negativ gewölbten Oberfläche, z. B. einem Sattel, hat eine Winkelsumme, die kleiner als 180 Grad ist.
Im flachen Vakuum breitet sich Licht geradlinig mit der bekannten Lichtgeschwindigkeit (C =300000 km/s) aus. Ist der Raum geometrisch anders gekrümmt, muss sich auch das Licht auf gekrümmten Linien bewegen. Ein Weg von A nach B wird dann von einer Gerade zu einer Geodäten.
Wir empfinden das zwar nicht so, aber ein ewig langer Highway ist keine Gerade, weil er auf die gekrümmte Erdkugel gespannt ist.
Ein auf ihm fahrendes Auto muss dieser Krümmung folgen.

Wenn es stimmt, dass große Massen den Raum, bzw. die Raumzeit krümmen, sollte sich das anhand von Licht in der Nähe großer Massen, nachweisen lassen.
Gesucht wurde ein Objekt, das eine große Masse besitzt, aber entweder selbst nicht leuchtet, bzw. dessen Licht durch etwas anderes verdeckt wird.
Eine Sonnenfinsternis schien dazu geeignet, weil die Sonne eine große Masse besitzt und der mond manchmal dazu in der Lage ist, ihren alles überstrahlenden Lichterglanz abzudecken, damit zum Vorschein kommt, was in ihrer unmittelbaren Umgebung leuchtet und normalerweise durch ihren Glanz nicht sichtbar ist. Das sind die Korona und die Sterne am Taghimmel.
Ihr eigenes Licht wird zum Zeitpunkt der Totalität komplett vom Mond verdeckt. Aber ihre im Vergleich zur Erde riesige Masse, sollte das Sternenlicht, das in ihrer Nähe vorbei geht, leicht verzerren, weil in ihrer Nähe durch ihre Masse die Raumzeit oder auch der Raum gekrümmt werden sollte.

Einstein schlug diese Idee des Nachweises vor und gab sogar eine Grad-Zahl an, um wie viel Bruchteile einer Bogensekunde die Sterne zu ihrer sonstigen Position verschoben sein sollten. Er gab zunächst 0,875 Bogensekunden an. Betrachtete man ein Eurostück aus einer Entfernung von fünf Kilometern, betrüge sein Winkel von Rand zu Rand ungefähr diesen Wert.
Dieser Wert entsprach ungefähr dem, welchen man auch mit Newtons Himmelsmechanik berechnen konnte.

Das Schwerkraft Lichtstrahlen krümmen könnte, wurde schon 200 Jahre vor Einstein von dem Englischen gelehrten und Priester John Mitchell, vermutet.
Nachweisen konnte er aber seine Vermutung noch nicht.
Mitchell ging sogar noch weiter. Er rechnete mit Newtons Gravitationsgesetzen herum und schrieb im Jahre 1783 an den Physiker Henry Cavendish:
„Wenn der Halbmesser einer Kugel, welche die gleiche Dichte hat, wie die Sonne, fünfhundert mal so groß ist, wie der Halbmesser der Sonne, dann wird ein Körper, der aus unendlicher Höhe auf sie fallen würde, an ihrer Oberfläche eine Geschwindigkeit besitzen, die größer, als die des Lichtes ist.“
Na, wenn das nicht schon leicht nach einem schwarzen Loch riecht…

Die Idee, dass Licht durch Massen abgelenkt werden könnte, passte auch hervorragend zu Newtons Vorstellung der Beschaffenheit des Lichts. Er dachte, dass Licht aus winzigen farbigen Teilchen bestünde, die man ob ihrer Kleinheit und Schnelligkeit nicht einzeln wahrzunehmen im Stande sei. Diese sollten dann aber auch eine gewisse Masse haben und somit auch von anderen großen Massen auf ihrem geraden Wege, abgelenkt werden.
Auch Newton konnte seine Idee weder beweisen, noch berechnen, weil er nicht wusste, was seine Lichtteilchen wögen und ihm Möglichkeiten fehlten seine Vorstellung wenigstens experimentell zu beweisen.

Soweit also die Idee, die Ablenkung des Lichtes durch große Massen mittels einer Sonnenfinsternis nachweisen zu wollen.
Ob das Licht nun durch große Massen deshalb abgelenkt wird, weil seine Teilchen nach Newton auch Masse tragen, oder durch Einsteins Idee mit der Raumkrümmung in Anwesenheit großer Massen, funktionieren sollte diese Idee mit dem Nachweis durch eine Sonnenfinsternis so oder so, unabhängig davon, welche Vorstellung man zugrunde legt

Diese Beobachtung würde aber noch nicht beweisen, ob Newton, oder Einstein mit ihren Ideen als Grund, richtig lagen.

Die erste Möglichkeit der Beobachtung einer Sonnenfinsternis, ergab sich 1912 in Brasilien. Diese viel aber wegen Wolken und Regen ins Wasser.

Die nächste war am 21.08.1914 in Russland. Doch drei Wochen zuvor brach der erste Weltkrieg aus. Die deutschen Astronomen, die mit ihrem Gerät bereits in Russland waren, wurden interniert und deren Geräte beschlagnahmt.

1915 hatte Albert Einstein seine relativitätstheorie vervollkommnet und bemerkt, dass die Ablenkung ungefähr doppelt so hoch sein könnte.

Die Möglichkeit einer Überprüfung, einsteins neuestem Werts ergab sich am 29.03.1919 von der Insel Principe vor der Küste spanisch Guineas aus.
Wenn man bedenkt, dass der deutsche Einstein für die Engländer ein Feind war, ist es um so bemerkenswerter, dass sie diese Expedition vorbereiteten und durchführten.
Unter der Leitung des großen britischen Astronomen Athur Edington, wurde das Sternenfeld, in welchem die Finsternis stattfinden würde, bereits ein halbes Jahr vor dem Ereignis fotografiert, als es noch am Nachthimmel zu sehen war, um Vergleichsaufnahmen für die während der Finsternis gemachten Bilder zu haben.

Eine weitere englische Expedition beobachtete das Ereignis von Brasilien aus.

Beide Expeditionen fanden die Ablenkung des Sternenlichts und somit Einsteins Theorie bestätigt.
Und so war spätestens im November 1919 Einstein ein berühmter Mann geworden, dass sogar die Newyork Times über seine Entdeckung berichtete.

Heute, wo wir über wesentlich empfindlichere und bessere Teleskope verfügen, ist auch an anderer Stelle nachgewiesen worden, dass Einstein recht hatte. Muss beispielsweise das Licht einer Galaxie durch eine andere, vor ihr liegenden hindurch, ehe es zu uns gelangt, so krümmt die riesige Masse dieser Galaxie das Licht der dahinter liegenden derart, dass sie wie eine Linse wirkt, und diese heller und verzerrter erscheinen lässt. Das kann sich so stark auswirken, dass sogar Mehrfachbilder davon entstehen können.
Dieser Effekt wird deshalb auch Gravitationslinseneffekt genannt. Der spielt in der Astronomie eine große Rolle.

Um den Kreis zum Eingangszitat zu schließen sei bemerkt, dass Einstein in England und den USA längst schon berühmt war, bis sich deutsche Journalisten endlich herabließen ihn gleichermaßen zu würdigen.

Und damit verabschiede ich mich für heute.
Bis zum nächsten mal
euer Blindnerd.