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Sonnenfinsternis

Totale Sonnenfinsternis © goruma (H.Ganter)

Unter einer Sonnenfinsternis versteht man die Himmelserscheinung, bei der die Erde durch den Schatten des Mondes wandert, so dass die Sonne durch den Mond ganz oder teilweise verdeckt und damit verdunkelt wird. Je nachdem, ob die Sonne vollständig oder nur teilweise abgedeckt wird, unterscheidet man eine totale Sonnenfinsternis, eine partielle Sonnenfinsternis sowie eine ringförmige Sonnenfinsternis.

 

Seit Alters her galten Sonnenfinsternisse als Zeichen der Götter bzw. Gottes an die Menschen und wurden meist mit Tod, Verderben oder großen Unglücken in Verbindung gebracht. Aber dennoch waren bereits, neben anderen Kulturen, die Weisen bzw. Priester der alten Ägypter in der Lage, den Zeitpunkt von Sonnenfinsternissen recht genau voraus zu sagen. Mit diesem Wissen konnte dann erhebliche Macht über die unwissenden und abergläubigen Menschen ausgeübt werden.

Die Bewegungen von Erde und Mond

Die Erde bewegt sich auf einer Ellipse um die Sonne. Für einen Umlauf benötigt sie ein Jahr. Dabei hat das wohl jedem bekannte Kalenderjahr rund 365 Tage und alle vier Jahre, im so genannten Schaltjahr, 366 Tage. Es sei erwähnt, dass es u. a. noch das siderische Jahr oder das tropische Jahr gibt.
Die Bahn, auf der sich die Erde um die Sonne bewegt, wird als Ekliptik bezeichnet. Die Fläche des Erd-Äquators durch den Erdmittelpunkt kann man sich über die Erdoberfläche hinaus beliebig verlängert vorstellen. Diese so gebildete Fläche bezeichnet man als Himmelsäquator. Der Winkel, den die Ekliptik und der Himmelsäquator miteinander bilden, beträgt rund 23,5° (23° 30') (Bahnneigung). Die beiden Schnittpunkte der beiden Flächen sind der so genannte Frühlingspunkt und der Herbstpunkt. Die Bahnneigung von 23,5° ist letztendlich für unsere Jahreszeiten verantwortlich. Sofern die Sonne am Frühlingspunkt steht, also am 21. März, geht sie exakt um 06:00 auf und um 18:00 unter; es ist der Zeitpunkt der Tag- und Nachtgleiche, die auch als Äquinoktien bezeichnet werden.
Da der Abstand zwischen dem Beginn von zwei aufeinander folgenden Frühlingen im Mittel etwa 365 Tage 5 Stunden und 49 Minuten (tropisches Jahr) dauert, verschiebt sich der Frühlingsanfang jedes Jahr um rund 6 h, in vier Jahren also um einen Tag. Damit der Frühlingsanfang im Laufe der Jahre nicht völlig "davonläuft" hat man daher alle vier Jahre ein Schaltjahr eingeführt, sodass er dann wieder um 24 h "zurückspringt". Der Frühlingsbeginn schwankt daher zwischen dem 20. und 21. März, wobei er im Jahr 2048 und danach häufiger sogar auf den 19. März fallen wird. Ähnliches gilt auch für den Beginn der drei anderen Jahreszeiten.
Auf der Bahn um die Sonne wird die Erde ständig von dem Erdmond begleitet, der sie innerhalb eines Monats jeweils ein Mal umkreist. Dabei ist die Fläche (Ebene), die durch die Mondbahn um die Erde gebildet wird gegenüber der Fläche, die durch die Erdbewegung um die Sonne gebildet wird (Ekliptik), um rund 5° geneigt. Die beiden Schnittpunkte zwischen der Ekliptik und der Mondbahn bezeichnet man als Knotenpunkte.
Unter Mondfinsternis wird die Himmelserscheinung vorgestellt, wenn der Mond durch den Schatten der Erde läuft.

Die drei Arten einer Sonnenfinsternis

Es lassen sich im Prinzip drei Arten einer Sonnenfinsternis unterscheiden, die im Anschluss an die Erläuterung von Kern- und Halbschatten vorgestellt und erläutert werden.

Kern- und Halbschatten

Kernschatten © goruma (T. Asthalter)
Kern- und Halbschatten © goruma (Dr. Ramm)

Eine punktförmige Lichtquelle erzeugt hinter einem Objekt nur eine Art von Schatten. Aber eine ausgedehnte Lichtquelle, und das ist die Sonne von der Erde aus gesehen, erzeugt einen so genannten Kernschatten, einen Bereich der durch das beleuchtete Objekt vollständig abgedeckt wird. Aber auf einen bestimmten Bereich hinter dem Objekt fällt, wie in der Abbildung gut erkennbar ist, nur einen Teil des ausgesandten Lichts, er ist daher dunkler als der voll beleuchtete Bereich, aber heller als der Bereich des Kernschattens, wo das Licht von dem Objekt vollständig absorbiert wird. Der Halbschatten wird auch als Übergangsschatten bezeichnet, da seine Helligkeit kontinuierlich vom Rand des Kernschattens nach außen hin zunimmt.

Es lassen sich im Prinzip drei Arten einer Sonnenfinsternis unterscheiden: Totale Sonnenfinsternis, Ringförmige Sonnenfinsternis und Partielle Sonnenfinsternis.

Totale Sonnenfinsternis

Totale Sonnenfinsternis © goruma (H.Ganter)

Eine Totale Sonnenfinsternis war, neben den Erscheinen von hellen Kometen, für die Menschen bis in die Neuzeit hinein, ein extrem beeindruckendes und zugleich zutiefst Angst einflößendes Erlebnis. Das Beeindruckende einer Sonnenfinsternis ist geblieben, zum Glück aber ist die Angst davor, durch das Wissen um ihre Entstehung, verschwunden. Leider kann man dieses Naturereignis nur sehr selten an einem bestimmten Ort auf der Erde beobachten. Wer allerdings die Mühen und Kosten auch einer längeren einer Reise nicht scheut, kann häufiger in den Genuss einer Sonnenfinsternis kommen.
Eine Totale Sonnenfinsternis entsteht immer dann, wenn die Erde in den Kern-Schatten des Mondes gerät und der Mond damit die Sonne ganz abdeckt.

Der Kernschatten des Mondes besitzt, von der Mondoberfläche aus gemessen, eine Länge zwischen 369.000 km und 381.000 km. Dabei erreicht der Mondschatten seine größte Länge, wenn der Mond seine größte Entfernung von der Sonne besitzt. Bei der Bewegung des Mondes um die Erde schwankt seine Entfernung von der Erde zwischen rund 357.000 km und rund 395.000 km. Im letzteren Fall würde auch der längste Mondschatten die Erdoberfläche nicht erreichen.

Da die Mondbahn gegenüber der Ekliptik, also der Fläche auf der sich die Erde um die Sonne bewegt, wie erwähnt, um ca. 5° geneigt ist, läuft der Mondschatten in den meisten Fällen über oder unter der Erde hindurch.

Damit es zu einer totalen Sonnenfinsternis kommen kann, muss sich der Mondmittelpunkt auf einer Verbindungslinie zwischen dem Erd- und dem Sonnenmittelpunkt befinden. Damit diese Bedingung erfüllt ist, muss auf der Erde Neumond sein und der Mond sich außerdem zu dieser Zeit auf bzw. in der Nähe der Erdbahn, der Ekliptik, befinden. Und natürlich muss der Mondschatten die Erdoberfläche auch erreichen.

Wie man anhand der geometrischen Verhältnisse auch selber berechnen könnte, besitzt der Mondschatten auf der Erdoberfläche nur einen Durchmesser von ca.l 220 km. Das bedeutet, dass man auf der Tagseite der Erde nur in einem höchstens 220 km schmalen Streifen eine totale Sonnenfinsternis sehen kann. Wegen der Erddrehung wandert dieser Streifen dann über die Oberfläche auf der Tagesseite der Erde. In welcher Weise das geschieht, ist anhand der Sonnenfinsternis vom 29. März 2006 weiter unten grafisch dargestellt.

Sonnenfinsternis  in Deutschland
Die letzte totale Sonnenfinsternis in Deutschland ereignete sich am 11. August 1999; die nächste wird es in Deutschland erst wieder am 3. September 2081 geben.

Ringförmige Sonnenfinsternis

Ringförmige Sonnenfinsternis © goruma (H.Ganter)

Eine ringförmige Sonnenfinsternis entsteht, wenn die Mondscheibe nicht die gesamte Sonnenscheibe abdeckt, so dass man noch einen strahlenden Ring der Sonne erkennen kann. Dies ist der Fall, wenn der Kernschatten des Mondes wegen seiner zu großen Entfernung von der Erde die Erdoberfläche nicht erreicht. 
Die längste Ringförmige Sonnenfinsternis im 21. Jahrhundert war am 15. Junuar in Teilen Afrikas und Asiens sichtbar. Die maximale Dauer von 11 Minuten und acht Sekunden erreichte das Naturereignis westlich der Inselgruppe der Malediven.

Partielle Sonnenfinsternis

Im Bereich des Halbschattens, also außerhalb des Kernschattens des Mondes, erscheint einem Beobachter nur ein Teil der Sonne durch den Mond abgedeckt.
Dabei wird auf der Erde mit wachsender Entfernung vom Kernschattenbereich der Anteil der abgedeckten, also verfinsterten Sonne immer geringer.

Hinweis

Ein Beobachter auf der Erde wird eine partielle Sonnenfinsternis ohne besondere Instrumente erst ab einer Abdeckung der Sonne durch den Mond von mindestens 50% wahrnehmen können.
Bei der partiellen Sonnenfinsternis am 20. März 2015 war die Sonne in München zu etwa 60% und in Hamburg zu etwa 80% abgedeckt

Bahn der Sonnenfinsternis (Mondschatten) vom 11. August 1999

Bahn der Sonnenfinsternis vom 11. August 1999 © goruma (H.Ganter)

Um den Verlauf einer Sonnenfinsternis zu verstehen, ist in der Grafik die Bewegung des Mondschattens, der eine Breite und eine jeweilige Länge von rund 220 km besitzt, über die Tagseite der Erdoberfläche dargestellt.

Achtung

Bei der Beobachtung einer Sonnenfinsternis muss unbedingt ein guter Sonnenschutz für die Augen verwendet werden. Am Besten eine spezielle Sonnenbrille von einem Optiker. Ohne einen derartigen Schutz drohen ansonsten schwere Augenschäden, die bis hin zur Erblindung führen können. Normale Sonnenbrillen, Schweißerglas oder CDs biten keinen ausreichenden Schutz, auch wenn dies dem Betrachter so erscheinen mag, da das UV-Licht von diesen Objekten nicht ausreichend reflektiert und/oder absorbiert wird.

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Kommentare
Karla Wenningstedt  (Montag, 21.12.2015)
Es ist schon erstaunlich, dass die "Wissenschaftler" im alten Ägypten bereits damals in der Lage waren, den Zeitpunkt einer Sonnenfinsternis recht genau vorherzusagen. Das gab ihnen eine enorme Macht, da die Menschen darin göttliche Zeichen gesehen hatten. Als Lehrerin an einer Hauptschule mein Kompliment zu der Darstellung.
Kornelius Walzkern  (Freitag, 20.03.2015)
Die heutige Sonnenfinsternis war gar nicht so recht eine. Es herrschte zwar ein etwas fahles Licht aber der Rest der Sonne überstrahlte alles. Daher hab ich beim kurzen Blick in die Sonne - ohne Brille - kaum etwas sehen können. Aber es war halt "nur" eine partielle!!!


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