„Habe nun ach! Philosophie, Juristerei und Medizin, und leider auch Theologie! durchaus studiert mit heißem Bemühn. Da steh ich nun, ich armer Tor! und bin so klug als wie zuvor; heiße Magister, heiße Doktor gar, und ziehe schon an die zehen Jahr herauf, herab und quer und krumm meine Schüler an der Nase herum – und sehe, dass wir nichts wissen können!

Das will mir schier das Herz verbrennen!“ 

- Faust I, S. 354–365

#Sonne #Sonnenfinsternis

Eine irdische Sonnenfinsternis (auch: Eklipse) ist ein astronomisches Ereignis, bei dem sich der Neumond in der Nähe eines Mondknotens befindet und so von der Erde aus gesehen für kurze Zeit die Sonne ganz oder teilweise vom Mond verdeckt ist.

1. Entstehung

Für eine Sonnenfinsternis müssen zwei notwendige und zusammen hinreichende Bedingungen gegeben sein. Die erste dürfte den Meisten bekannt sein: Der Mond muss von der Erde aus gesehen genau in einer Linie mit bzw. vor der Sonne stehen, sodass er deren Licht abfängt und einen Schatten auf die Erde wirft. Ein solcher Mond direkt zwischen Erde und Sonne wird als Neumond bezeichnet.

Im Kernschatten des Mondes kommt kein direktes Sonnenlicht zur Erde, in den Halbschattenzonen ist ein Teil des Sonnenlichtes zu sehen.

Damit ist es aber noch nicht getan, ansonsten würde sich ja bei jedem Neumond, das passiert circa einmal im Monat, die Sonne verdunkeln. Es bedarf noch einer zweiten Voraussetzung und die hat etwas damit zu tun, dass Erde und Mond sich nicht nur zwei- sondern dreidimensional im Raum bewegen: Normalerweise ist die Bahn des Mondes um 5° gegenüber der Bahn der Erde, der Ekliptik, geneigt, was verhindert, dass Erde, Mond und Sonne allmonatlich in einer Linie hintereinander stehen. Also muss der Mond zusätzlich die Umlaufbahn der Erde schneiden, um die Sonne auch tatsächlich zu verdunkeln. Eine Sonnenfinsternis erleben wir demzufolge dann und nur dann, wenn Neumond ist UND dieser die Erdekliptik schneidet, zusammen kommen diese beiden Faktoren nicht mehr so oft vor wie einzeln, und deswegen ist eine Mondfinsternis auch so selten. Von diesen Schnittpunkten, im Fachjargon nennt man sie Mondknoten, gibt es logischerweise zwei:

2. Arten

Je nach Abstand der drei Himmelskörper untereinander und dem Standort des Beobachters auf der Erde im Vergleich zum Kernschatten des Mondes ereignet sich eine totale, partielle oder ringförmige Sonnenfinsternissen.

1. Totale Sonnenfinsternis

Weil Neumond und Knotennähe nur selten zusammenfallen, muss man sich im Schnitt 375 Jahre gedulden, bis sich eine Sonnenfinsternis vor die eigenen Augen schiebt. Verringern lässt sich diese Wartedauer, indem man Zeit, Geld und Lust aufbringt und zu einem anderen Ort reist, an dem gerade eine Sonnenfinsternis ist oder indem man sich auch mit einer „halben Sonnenfinsternis“ begnügt.

375 Jahre muss man nämlich nur dann ausharren, möchte man eine totale Sonnenfinsternis beobachten. Bei einer totalen Sonnenfinsternis ist der scheinbare Durchmesser des Mondes größer als der der Sonne, die Sonne daher scheinbar komplett vom Mond überdeckt. Dann wird es wirklich finster. Allerdings nur in einem kleinen Bereich auf der Erde: Weil der scheinbare Durchmesser des Mondes den der Sonne auch im günstigen Fall nur geringfügig übertrifft misst die Totalitätszone bestenfalls 273 Kilometer. Auch Langwierigkeit lässt sich einer totalen Sonnenfinsternis mit einer lokalen Dauer von maximal 7 Minuten 29 Sekunden nicht zuschreiben. Aber sie ist eben spektakulär, und auch von praktisch-wissenschaftlichem Interesse: Während einer totalen Finsternis lässt sich super die Sonnenkorona an den Rändern der Sonne beobachten und physikalisch untersuchen.

Da müssen Sonnenphysiker und Schaulustige lange reisen: Eine totale Finsternis, der Mondschatten liegt direkt über der Sahara.
Da müssen Sonnenphysiker und Schaulustige lange reisen: Eine totale Finsternis, der Mondschatten liegt direkt über der Sahara.

2. Partielle Sonnenfinsternis

Häufiger als eine totale gibt es partielle Sonnenfinsternissen. Bei einer partiellen Sonnenfinsternis ist der scheinbare Durchmesser des Mondes kleiner als der der Sonne und so verdeckt der Mond auch nur einen seitlichen Teil der Sonne. Partielle Sonnenfinsternisse sind lang nicht so spektakulär wie totale, d.h. i.d.R. verursacht eine partielle Verfinsterung einen nur geringfügigen Helligkeitsabfall, denn auch wenn ein Teil der Sonne verdeckt ist, scheint der andere ja immer noch weiter. Es kann also gut passieren, dass wenn man nicht zufällig gerade davon weiß, es gar nicht merkt, dass man gerade Zeuge einer partiellen Verfinsterung wird.

Verlauf einer partiellen Sonnenfinsternis, vom 4. Januar 2011.
Verlauf einer partiellen Sonnenfinsternis, vom 4. Januar 2011.

3. Ringförmige Sonnenfinsternis

Um einiges beeindruckender sind da die ringförmigen Verfinsterungen. Bei einer ringförmigen Sonnenfinsternis (auch annulare oder Feuerkranz-Sonnenfinsternis) steht der Mond zwar direkt vor der Sonne, kann sie aber nur teilweise überdecken und es bleibt ein äußerer Rand der Sonne sichtbar.

Es hört sich vielleicht seltsam an, dass der Mond manchmal die Sonne ganz überdecken kann und manchmal nicht, immerhin ändert keiner von den Beiden seine Größe. Aber ihren Abstand! Die Bahn des Mondes ist kein runder Kreis, sondern elliptisch und deshalb ist der Mond der Erde manchmal näher und andersmal ferner. Ein naher Mond erscheint uns größer und kann den Mond ganz überdecken, ein ferner nicht. Jedoch ist es auch schon faszinierend genug, dass der Mond überhaupt in der Lage ist die Sonne zu bedecken. Immerhin ist der Mond nur knapp 3.500 Kilometer breit, die Sonne hingegen 1,4 MILLIONEN Kilometer. Aber auch das hat wieder mit Entfernungen zu tun: Der Mond ist eben auch nur 400.000 Kilometer von der Erde weg und die Sonne satte 150 MILLIONEN Kilometer. Und zufälligerweise führt dies dazu, dass der Mond die Sonne unter besonderen Umständen überdecken kann. Die Sonnenkorona ist bei einer ringförmigen Finsternis übrigens nicht erkennbar, da sie vom sichtbaren Teil der Sonne überstrahlt wird.

Eine perfekte ringförmige Sonnenfinsternis, beobachtet in Japan.
Eine perfekte ringförmige Sonnenfinsternis, beobachtet in Japan.

3. Blackout!?

Was bedeutet eine Sonnenfinsternis für unseren Energiehaushalt? Wie realistisch sind die Horrorszenarien, die die Medien z.T. malen? Müssen wir wirklich ein Blackout befürchten, wenn sich der Mond das nächste Mal vor die Sonne schiebt? Ich denke nicht.

In Deutschland sind Solaranlagen mit einer installierten Gesamtleistung von ca. 35 Gigawatt verbaut. Das ist zugegeben eine ganze Menge. Wenn plötzlich keine Sonnenenergie mehr auf die Erde fällt, fallen alle in Betrieb befindlichen Kraftwerke gleichzeitig aus. Und damit auch ihre Energiespeisung an das Stromnetz.

Heikel kann es vor allem am Anfang einer Sonnenfinsternis werden (s. rosane Einzeichnungen auf der X-Achse), wenn die Solarleistung rapide und plötzlich abfällt. Wenn es sich jetzt noch um eine totale Sonnenfinsternis handelt und ihr Zeitpunkt noch auf einen Montagvormittag fällt, wenn die Haushälter kochen und putzen, die Fabriken fabrizieren und die Bürorechner auf Hochtouren laufen, wenn also einem signifikanten Leistungsabfall ein Mehrverbrauch gegenübersteht, dann kann es tatsächlich zu Engpässen kommen.

Kann, muss aber nicht. Beachten wir ein paar wichtige Punkte, finden wir uns während der nächsten Eklipse nicht im Dunkeln sitzend wieder:

  • Eine Sonnenfinsternis lässt sich vorhersehen und Vorkehrungen können rechtzeitig getroffen werden. Kraftwerke brauchen ihre Zeit, um hochzufahren und den Ausfall der Solaranlsparte zu kompensieren. Wenn die Energiekonzerne aber ein wenig die Daten der nächsten Sonnenfinsternisse im Auge behalten, die sie betreffen, können sie sich auf diese einstellen und schon vor ihrem Auftreten bspw. 4 Kohlekraftwerke hochfahren. Kohlekraftwerk & Co springen dann vorübergehend ein und fangen im Ernstfall den Leistungsabfall ab.

  • Für gewöhnlich sind nicht alle Solaranlagen am Netz, etwa weil Teile eines Landes bewölkt sind oder nicht ausreichend stark beschienen werden und deshalb werden bei einer Sonnenfinsternis auch nicht die ganzen 35 Gigawatt fehlen. Wird nur wenig Energie aus Solaranlagen gezogen, laufen die anderen Kraftwerke sowieso und eine Sonnenfinsternis kann gar nicht erst zu einem potentiellen Problem werden.

  • Während einer Sonnenfinsternis sind sowieso viele Draußen um sich das Spektakel anzusehen und verbrauchen weder Strom noch Wärme.

Wirkliche Angst müssen wir haben, wenn es einmal soweit ist ;-).

Verweise

  • Energiewende: Wenn man nicht vorübergehend in einem Bereich totaler Sonnenfinsternis lebt, lässt sich die Sonnenenergie auch für den Alltagsbedarf nutzen. Etwa mithilfe von Solaranlagen. Wenn es dann doch einmal zu einer Sonnenfinsternis kommt, ist das Schlimmste was passieren kann, dass man für kurze Zeit ohne Strom dasteht. Bei einem Atomkraftwerk dagegen fällt ein solcher „Größter anzunehmender Unfall“ wesentlich dramatischer aus...

  • Evolution: Als der Mond erst ein paar Jahrzehnte jung war, war er der Erde noch viel näher als heute und es gab keine partiellen oder ringförmigen Sonnenfinsternisse. Der „natürliche Satellit der Erde“ erschien immer so riesengroß am Himmel, dass er die Sonne stets ganz überdeckte, sobald er in ihre Nähe kam. In ferner Zukunft wird er dann viel weiter entfernt sein und es wird gar keine totalen Sonnenfinsternisse mehr geben. Bis es aber so weit ist, haben wir noch circa 500 Millionen Jahre mit totalen Finsternissen: Der Mond entfernt sich nur allmählich von der Erde, momentan klitzekleine 3,8 Zentimeter im Jahr. Der Grund für dieses Wegdriften liegt nebenbei bemerkt in den Gezeitenkräften verborgen, die vom Mond auf die Erde ausgeübt werden und die Rotation der Erde bremsen. Zwar auch nur um Sekundenbruchteile, aber wegen der Drehimpulserhaltung muss sich der Mond eben ein bisschen von der Erde wegbewegen.

  • Internet: Auch vom Internet geht eine Blackoutgefahr für unser Stromnetz aus. Es besteht eine zyklische Abhängigkeit zwischen der Strom- und Internetinfrastruktur. Ohne Strom kein Internet und ohne Internet kein Strom.

  • Kopernikanische Wende: Man wusste zwar schon zu Teilen im Altertum, dass der Mond die Erde umkreist und nicht andersrum, aber um zu erkennen, dass sich der Mond manchmal vor die Sonne schiebt, muss man das gar nicht wissen. Dafür reicht ein Blick in den Himmel. Und die Erscheinung einer Sonnenfinsternis lässt sich auch durchaus erklären, wenn man so tut, als bewege sich die Erde um den Mond. In der sphärischen Astronomie tut man noch heute so, obwohl man natürlich weiß, dass es in Wirklichkeit andersherum ist, aber so rechnet es sich eben oft einfacher.

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