Während andere während einer totalen Sonnenfinsternis „den Hund beobachteten, der die Sonne frisst“, beobachtete er die Chromosphäre

Anmerkung des Herausgebers:

Wenn Sie die Möglichkeit hätten, eine Sonnenfinsternis zu beobachten, worauf würden Sie Ihre Aufmerksamkeit richten?

Der Autor dieses Artikels ist in der solarbezogenen Forschung tätig. Anfang April sah er zudem zum ersten Mal in den USA eine totale Sonnenfinsternis. Wie schätzt er als „Insider“ die Sonnenfinsternis ein?

Am Nachmittag des 8. April 2024 nordamerikanischer Zeit fand auf dem nordamerikanischen Kontinent die weltweit einzige totale Sonnenfinsternis in diesem Jahr statt. Diese totale Sonnenfinsternis kann gleichzeitig in Mexiko, den Vereinigten Staaten und Kanada beobachtet werden. In der Zone der totalen Sonnenfinsternis leben 32 Millionen Menschen dauerhaft. Viele Bewohner des nordamerikanischen Kontinents können dieses himmlische Fest sehen, ohne ihr Zuhause verlassen zu müssen. Man kann sagen, dass sie ziemlich viel Glück hatten.

Das nächste Mal, dass eine totale Sonnenfinsternis auf dem amerikanischen Kontinent direkt zu beobachten sein wird, ist im Jahr 2044. Für einige ältere Menschen in Nordamerika könnte dies also tatsächlich ihre letzte Chance sein, eine totale Sonnenfinsternis zu erleben. Dieses Jahr fällt mit dem Jahr des Höhepunkts des elfjährigen Aktivitätszyklus der Sonne zusammen (Sonnenzyklus 25). Zudem ist dies die einzige totale Sonnenfinsternis weltweit, die während des Sonnenhöchststandsjahres (2024–2025) stattfindet, weshalb diese totale Sonnenfinsternis besonders wertvoll ist.

Auch die Wissenschaft maß dieser totalen Sonnenfinsternis große Bedeutung bei. So fand beispielsweise die TESS-Konferenz (Triennial Earth-Sun Summit) in Dallas statt, das in der Sonnenfinsterniszone liegt. In San Antonio fand außerdem eine wissenschaftliche Konferenz zur totalen Sonnenfinsternis (sie trägt tatsächlich diesen Namen...) statt, die gemeinsam von drei der weltweit fortschrittlichsten Instrumente zur Sonnenbeobachtung organisiert wurde (Parker Solar Probe PSP der NASA, Solar Orbiter der ESA und das Inouye Solar Telescope DKIST auf Hawaii. Die ersten beiden wurden übrigens speziell für dieses Sonnenjahr gebaut).

Ich habe an dieser wissenschaftlichen Konferenz zur totalen Sonnenfinsternis teilgenommen und die Sonnenfinsternis mit vielen Kollegen beobachtet. Für die meisten von uns war es das erste Mal, dass wir eine totale Sonnenfinsternis sahen.

Auf der Zeitrafferfotografie können wir deutlich erkennen, wie sich der Himmel von hell zu dunkel (und dann wieder hell) verändert:

Teil 1

Die Sonne wurde nicht "gefressen", sie wurde nur blockiert

Wenn sich der Mond zwischen Sonne und Erde bewegt und alle drei sich auf einer geraden Linie befinden, blockiert der Mond das Licht, das von der Sonne zur Erde gelangt, und erzeugt so einen dunklen Schatten auf der Erdoberfläche. Dies ist eine Sonnenfinsternis.

Der Schatten des Mondes auf der Erdoberfläche kann in zwei Bereiche unterteilt werden: den Kernschatten und den Halbschatten. Die Menschen im Kernschatten können das wahrscheinlich spektakulärste astronomische Phänomen genießen, das mit bloßem Auge sichtbar ist: eine totale Sonnenfinsternis. Dementsprechend können Menschen im Penumbra-Gebiet die partielle Sonnenfinsternis oder die ringförmige Sonnenfinsternis durch eine Sonnenfinsternisbrille genießen.

Schematische Darstellung von Kernschatten und Halbschatten

(Bildquelle: https://www.businessinsider.com/solar-eclipse-diagram-2017-8)

Das Bild unten zeigt den Schatten des Mondes auf der Erde, der vom Starlink-Satelliten während der totalen Sonnenfinsternis aufgenommen wurde. Der dunkelschwarze Teil ist der Kernschattenbereich.

(Bildquelle: https://twitter.com/Starlink/status/1777441354588791206)

Teil 2

Kommen Sie mit uns und sehen Sie die Sonne, die Sie normalerweise nicht sehen können.

Eine Sonnenfinsternis ist eine großartige Gelegenheit, die Struktur der Sonne zu beobachten.

Die atmosphärische Struktur der Sonne ist in vier Schichten unterteilt, von der Sonne können wir normalerweise jedoch nur die leuchtende Schicht sehen – die Photosphäre (Photosphäre, Photo ist die lateinische Wurzel für Licht). Und viele weitere sind nur während einer Sonnenfinsternis zu sehen.

Aufbau der Sonnenatmosphäre

Bei einer totalen Sonnenfinsternis bedeckt der Mond die Photosphäre vollständig. Die Temperatur dieses Teils beträgt etwa 6000 Grad Celsius. Aus der Formel zur Schwarzkörperstrahlung wissen wir, dass die elektromagnetische Strahlungsenergie eines Schwarzkörpers hauptsächlich im sichtbaren Lichtband (380 bis 750 Nanometer) konzentriert ist.

Wenn die Photosphäre vollständig blockiert ist, strahlt die obere Atmosphäre der Sonne, die normalerweise durch das weiße Licht der Sonne verdeckt wird, nämlich die Chromosphäre (Chromosphäre, Chromo ist die lateinische Wurzel für Farbe) und die Korona (Corona, benannt nach ihrer kronenähnlichen Form).

1. Chromosphäre

Nachdem die Finsternis ihren Höhepunkt erreicht hat, sind die leuchtend roten Strukturen, die rund um den Mond herum verstreut sind, das auffälligste Merkmal der totalen Sonnenfinsternis. Dies ist die Chromosphäre, und der besonders hervortretende Teil davon wird als Protuberanz bezeichnet.

Die Bildung der Chromosphäre, einer instabilen (und daher holprigen) Schicht der Sonnenatmosphäre, bleibt ein teilweise mysteriöses Phänomen. Die Chromosphäre ist leuchtend rot, weil ihre Temperatur etwa 10.000 bis 35.000 Grad Celsius beträgt. Unter dem Einfluss hoher Temperaturen werden die Elektronen der Wasserstoffatome auf der Oberfläche der Chromosphäre angeregt, was zu einem Energieniveauübergang von n=3 nach n=2 führt. Unter den elektromagnetischen Wellen, die durch diese Energieniveauübergänge der Elektronen freigesetzt werden, ist die H-Alpha-Linie der Balmer-Linienreihe mit einer Wellenlänge von 656,46 Nanometern absolut heller, sodass die Farbe der Chromosphäre leuchtend rot erscheint.

Tatsächlich ist die Chromosphäre ziemlich dünn, im Allgemeinen nur 2000 Kilometer dick, weniger als 3 % des Sonnenradius. Daher können wir das wahre Aussehen der Chromosphäre nur sehen , wenn die Relativbewegung von Mond und Erde eine bestimmte Sonderposition erreicht, d. h. wenn eine totale Sonnenfinsternis auftritt .

2. Corona

Außerhalb der Chromosphäre können wir auch eine schwache weiße Struktur erkennen, die aufgrund ihrer Ähnlichkeit mit einer Krone Korona genannt wird.

Obwohl sie mit bloßem Auge nicht erkennbar ist, können wir bei einer totalen Sonnenfinsternis durch die Kombination mehrerer Fotos mit geringer Belichtung die Korona mit einer Ausdehnung von bis zu 20 Sonnenradien mit einer Kamera erfassen. Auf dem obigen Bild können wir erkennen, dass dies der Höhepunkt des Sonnenjahres ist, wobei Koronalschleifen, Helmstreamer, Pseudostreamer und Koronalfedern die gesamte Sonnenoberfläche bedecken.

Die totale Sonnenfinsternis in Südamerika 2019 (links) und die totale Sonnenfinsternis in Australien 2023 (rechts).

(Fotografen: 2019 Miloslav Druckmüller, Peter Aniol; 2023 Pavel Štarha, Shadia Habbal, Miloslav Druckmüller)

Die beiden Koronabilder oben zeigen das höchste Niveau der Sonnenfinsternisfotografie, das heute erreicht wurde. Der Zyklus der Sonnenaktivität wird durch die Anzahl der Sonnenflecken auf der Sonnenoberfläche bestimmt. 2019 ist das erste Jahr des 25. Sonnenaktivitätszyklus und auch das schwächste Jahr. Man erkennt, dass die Korona eine typische Lehrbuchstruktur aufweist: Auf der Ekliptikebene befindet sich ein großflächiger Helmstrom, und die Nord- und Südpole sind offene magnetische Linien, die den Federn entsprechen. Das Jahr 2023 ist bereits ein Jahr mit höchster Sonnenaktivität und wir können Fontänen sehen, die sich in alle Richtungen erstrecken. In der unteren linken Ecke des Bildes ist sogar ein koronaler Massenauswurf (CME) zu sehen.

Vergleich der totalen Sonnenfinsternis und des Koronagraphen

(Fotograf: 2015 Miloslav Druckmüller, Shadia Habbal, Peter Aniol, Pavel Štarha & ESA, NASA)

Sie sind vielleicht neugierig. Können Wissenschaftler bei der heutigen fortgeschrittenen Technologie die Sonnenkorona nicht jederzeit sehen? Die Antwort lautet: Ja und nein. Das obige Bild ist ein Vergleich der Koronagraphen der Sonnenfinsternis 2015 auf den Färöer-Inseln. Links ist ein Foto einer totalen Sonnenfinsternis und rechts ein Bild vom LASCO-Koronagraphen auf der SOHO-Raumsonde der NASA. Wir können sehen, dass die vom Mond verdeckte Sonne es uns ermöglicht, weitaus mehr Details zu erkennen als ein Koronogramm. Darüber hinaus kann ein Koronagraph die Korona nur außerhalb von zwei Sonnenradien sehen. Eine totale Sonnenfinsternis ist immer noch unsere einzige Möglichkeit, die Korona innerhalb von zwei Sonnenradien zu beobachten .

Teil 3

beißen! Bitte überprüfen Sie den Hinweis zur vollständigen (unvollständigen) Beobachtung der Sonnenfinsternis

Wenn Sie diese Sonnenfinsternis verpassen, machen Sie sich keine allzu großen Sorgen.

Die nächste totale Sonnenfinsternis wird am 12. August 2026 stattfinden. Wer diese Sonnenfinsternis beobachten möchte, kann ans Meer nahe der Westküste Grönlands, Islands oder Teilen Spaniens und Portugals fahren.

Es ist bemerkenswert, dass diese Sonnenfinsternis in Spanien und Portugal bei Sonnenuntergang stattfindet. Stellen Sie sich Spanien im Hochsommer vor, bei Sonnenuntergang an der Atlantikküste. Mond und Sonne halten sich an ihre vor Millionen von Jahren getroffene Vereinbarung und verfinstern sich hier gegenseitig. Das wäre ziemlich romantisch (lacht).

Wenn Sie eine totale Sonnenfinsternis im Land sehen möchten, wird es 2034 und 2035 jeweils eine geben. Die totale Sonnenfinsternis im Jahr 2034 wird bei Sonnenuntergang auf dem westlichen Qinghai-Tibet-Plateau stattfinden, während die totale Sonnenfinsternis im Jahr 2035 in der Nähe von Peking sichtbar sein wird.

Ich frage mich, was Sie nach dem Lesen dieses Artikels bei der nächsten Sonnenfinsternis sehen werden?

Quelle: Offizieller Account der Science Academy