Sonnenfinsternis - Eclipse

Totalität während der Sonnenfinsternis 1999. Protuberanzen können entlang des Schenkels (in rot) sowie umfangreiche gesehen werden koronale Filamente.

Eine Sonnenfinsternis ist ein astronomisches Ereignis , das auftritt, wenn ein astronomisches Objekt oder Raumfahrzeug vorübergehend verdeckt wird, indem es in den Schatten eines anderen Körpers gelangt oder ein anderer Körper zwischen ihm und dem Betrachter vorbeigeht. Diese Ausrichtung von drei Himmelskörpern wird als Syzygie bezeichnet . Abgesehen von der Syzygie wird der Begriff Sonnenfinsternis auch verwendet, wenn ein Raumfahrzeug eine Position erreicht, in der es zwei so ausgerichtete Himmelskörper beobachten kann. Eine Sonnenfinsternis ist entweder das Ergebnis einer Bedeckung (vollständig verborgen) oder eines Transits (teilweise verborgen).

Der Begriff Sonnenfinsternis wird am häufigsten verwendet, um entweder eine Sonnenfinsternis zu beschreiben , wenn der Schatten des Mondes die Erdoberfläche überquert, oder eine Mondfinsternis , wenn der Mond in den Erdschatten wandert. Es kann sich jedoch auch auf solche Ereignisse außerhalb des Erde-Mond-Systems beziehen: zum Beispiel ein Planet, der sich in den Schatten eines seiner Monde bewegt, ein Mond, der in den Schatten seines Wirtsplaneten übergeht, oder ein Mond, der in den Schatten eines anderen Mondes. Ein Doppelsternsystem kann auch Finsternisse erzeugen , wenn die Ebene der Umlaufbahn von seiner konstituierenden schneidet die Position des Beobachters Sterne.

Für die Sonderfälle der Sonnen- und Mondfinsternisse treten diese nur während einer " Eklipsensaison " auf, den zwei Malen im Jahr, wenn sich die Ebene der Erdbahn um die Sonne mit der Ebene der Mondbahn um die Erde kreuzt, wenn diese Linie von sich schneidenden Ebenen Punkte in der Nähe der Sonne. Die Art der Sonnenfinsternis , die während jeder Jahreszeit auftritt (ob total, ringförmig, hybrid oder partiell) hängt von der scheinbaren Größe von Sonne und Mond ab. Wenn die Umlaufbahn der Erde um die Sonne und die Umlaufbahn des Mondes um die Erde beide auf derselben Ebene liegen würden, würden jeden Monat Finsternisse auftreten. Es würde bei jedem Vollmond eine Mondfinsternis geben und bei jedem Neumond eine Sonnenfinsternis. Und wenn beide Umlaufbahnen perfekt kreisförmig wären, dann wäre jede Sonnenfinsternis jeden Monat vom gleichen Typ. Aufgrund der nicht-planaren und nicht-kreisförmigen Unterschiede sind Finsternisse kein übliches Ereignis. Mondfinsternisse können von der gesamten nachtseitigen Erdhälfte aus beobachtet werden. Aber Sonnenfinsternisse, insbesondere totale Finsternisse, die an einem bestimmten Punkt der Erdoberfläche auftreten, sind sehr seltene Ereignisse, die viele Jahrzehnte auseinander liegen können.

Etymologie

Dieser Druck zeigt Pariser, die die Sonnenfinsternis vom 28. Juli 1851 beobachten

Der Begriff leitet sich vom altgriechischen Substantiv ἔκλειψις ( ékleipsis ) ab, was „das Verlassenwerden“, „der Untergang“ oder „die Verdunkelung eines Himmelskörpers“ bedeutet, das vom Verb ἐκλείπω ( ekleípō ) abgeleitet ist, was „to .“ bedeutet aufgeben", "verdunkeln" oder "aufhören zu existieren", eine Kombination aus dem Präfix ἐκ- ( ek- ), von der Präposition ἐκ ( ek ), "out" und dem Verb λείπω ( leípō ), "abwesend sein". ".

Umbra, Halbschatten und Antumbra

Umbra, Halbschatten und Antumbra, die von einem undurchsichtigen Objekt geworfen werden, das eine größere Lichtquelle verdeckt

Für zwei beliebige Objekte im Raum kann eine Linie vom ersten zum zweiten verlängert werden. Das letztgenannte Objekt blockiert eine gewisse Lichtmenge, die von dem ersteren emittiert wird, und erzeugt einen Schattenbereich um die Achse der Linie. Typischerweise bewegen sich diese Objekte in Bezug aufeinander und auf ihre Umgebung, so dass der resultierende Schatten durch einen Raumbereich streicht und nur für ein festes Zeitintervall durch einen bestimmten Ort in dem Bereich hindurchgeht. Von einem solchen Ort aus betrachtet, wird dieses Schattenereignis als Sonnenfinsternis bezeichnet.

Typischerweise ist der Querschnitt der an einer astronomischen Sonnenfinsternis beteiligten Objekte ungefähr scheibenförmig. Der Schattenbereich eines Objekts während einer Sonnenfinsternis ist in drei Teile unterteilt:

  • Der Kernschatten , innerhalb dessen das Objekt die Lichtquelle vollständig abdeckt. Für die Sonne ist diese Lichtquelle die Photosphäre.
  • Die Antumbra , die sich über die Spitze des Kernschattens hinaus erstreckt, innerhalb derer sich das Objekt vollständig vor der Lichtquelle befindet, aber zu klein ist, um es vollständig zu bedecken.
  • Der Halbschatten , innerhalb dessen sich das Objekt nur teilweise vor der Lichtquelle befindet.
Sonne-Mond-Konfigurationen, die eine totale (A), ringförmige (B) und partielle (C) Sonnenfinsternis erzeugen

Eine totale Sonnenfinsternis tritt auf, wenn sich der Beobachter innerhalb des Kernschattens befindet, eine ringförmige Sonnenfinsternis, wenn sich der Beobachter innerhalb des Antumbra befindet, und eine partielle Sonnenfinsternis, wenn sich der Beobachter innerhalb des Halbschattens befindet. Bei einer Mondfinsternis kommen nur Kernschatten und Halbschatten in Frage, da der Antumbra des Sonne-Erde-Systems weit hinter dem Mond liegt. Analog dazu ist der scheinbare Durchmesser der Erde aus Sicht des Mondes fast viermal so groß wie der der Sonne und kann daher keine ringförmige Sonnenfinsternis erzeugen. Dieselben Begriffe können analog verwendet werden, um andere Finsternisse zu beschreiben, zB die Antumbra von Deimos, die den Mars überquert , oder Phobos, der in den Halbschatten des Mars eindringt.

Der erste Kontakt tritt auf, wenn die Scheibe des verdunkelnden Objekts zum ersten Mal auf die Lichtquelle auftrifft; zweiter Kontakt ist, wenn sich die Scheibe vollständig innerhalb der Lichtquelle bewegt; dritter Kontakt, wenn es beginnt, sich aus dem Licht zu bewegen; und vierten oder letzten Kontakt, wenn es die Scheibe der Lichtquelle schließlich vollständig verlässt.

Bei kugelförmigen Körpern, wenn das verdeckende Objekt kleiner als der Stern ist, ist die Länge ( L ) des kegelförmigen Schattens des Kernschattens gegeben durch:

wobei R s der Radius des Sterns ist, R o der Radius des verdeckenden Objekts und r die Entfernung vom Stern zum verdeckenden Objekt ist. Für die Erde entspricht L im Durchschnitt 1,384 × 10 6  km , was viel größer ist als die große Halbachse des Mondes von 3,844 × 10 5  km. Daher kann der Kernkegel der Erde den Mond während einer Mondfinsternis vollständig umhüllen . Wenn das verdeckende Objekt jedoch eine Atmosphäre besitzt, kann ein Teil der Leuchtkraft des Sterns in das Volumen des Kernschattens gebrochen werden. Dies geschieht zum Beispiel während einer Mondfinsternis durch die Erde, die selbst bei der Totalität ein schwaches, rötliches Aufleuchten des Mondes erzeugt.

Auf der Erde bewegt sich der Schatten, der während einer Sonnenfinsternis geworfen wird, sehr ungefähr mit 1 km pro Sekunde. Dies hängt von der Position des Schattens auf der Erde und dem Winkel ab, in dem er sich bewegt.

Eclipse-Zyklen

Ein Finsterniszyklus findet statt, wenn Finsternisse in einer Reihe durch ein bestimmtes Zeitintervall getrennt sind. Dies geschieht, wenn die Umlaufbewegungen der Körper sich wiederholende harmonische Muster bilden. Ein besonderes Beispiel ist der Saros , der alle 6.585,3 Tage oder etwas mehr als 18 Jahre zu einer Wiederholung einer Sonnen- oder Mondfinsternis führt. Da dies keine ganze Anzahl von Tagen ist, werden aufeinanderfolgende Finsternisse von verschiedenen Teilen der Welt aus sichtbar sein. In einer Saros-Periode gibt es 239,0 anomale Perioden, 241,0 siderische Perioden, 242,0 nodische Perioden und 223,0 synodische Perioden. Obwohl die Umlaufbahn des Mondes keine genauen ganzen Zahlen ergibt, sind die Anzahlen der Umlaufzyklen nahe genug an ganzen Zahlen, um eine starke Ähnlichkeit für Finsternisse in Abständen von 18,03 Jahren zu ergeben.

Erde-Mond-System

Ein symbolisches Orbitaldiagramm aus der Sicht der Erde im Zentrum, wobei Sonne und Mond auf die Himmelssphäre projiziert werden und die beiden Knoten des Mondes zeigt, an denen Finsternisse auftreten können.

Eine Sonnenfinsternis, an der Sonne, Erde und Mond beteiligt sind, kann nur auftreten, wenn sie fast in einer geraden Linie liegen, so dass eine von der dritten aus betrachtet hinter einer anderen verborgen werden kann. Da die Bahnebene des Mondes gegenüber der Bahnebene der Erde (der Ekliptik ) geneigt ist , können Finsternisse nur auftreten, wenn sich der Mond in der Nähe des Schnittpunkts dieser beiden Ebenen (der Knoten ) befindet. Sonne, Erde und Knoten werden zweimal im Jahr ausgerichtet (während einer Finsternissaison ), und zu diesen Zeiten können Finsternisse während eines Zeitraums von etwa zwei Monaten auftreten. In einem Kalenderjahr kann es vier bis sieben Finsternisse geben, die sich nach verschiedenen Finsterniszyklen , wie zum Beispiel einem Saros, wiederholen .

Zwischen 1901 und 2100 gibt es das Maximum von sieben Finsternisse in:

  • vier (Halbschatten-) Mond- und drei Sonnenfinsternisse: 1908, 2038 .
  • vier Sonnen- und drei Mondfinsternisse: 1918, 1973 , 2094.
  • fünf Sonnen- und zwei Mondfinsternisse: 1934.

Abgesehen von Halbschatten-Mondfinsternissen gibt es maximal sieben Finsternisse in:

  • 1591, 1656, 1787, 1805, 1918, 1935, 1982 und 2094.

Sonnenfinsternis

Der Verlauf einer Sonnenfinsternis am 1. August 2008, gesehen von Novosibirsk, Russland . Die Zeit zwischen den Aufnahmen beträgt drei Minuten.

Von der Erde aus beobachtet, tritt eine Sonnenfinsternis auf, wenn der Mond vor der Sonne vorbeizieht. Die Art der Sonnenfinsternis hängt von der Entfernung des Mondes von der Erde während des Ereignisses ab. Eine totale Sonnenfinsternis tritt auf, wenn die Erde den Kernschatten des Mondschattens schneidet. Wenn der Kernschatten die Erdoberfläche nicht erreicht, ist die Sonne nur teilweise verdeckt, was zu einer ringförmigen Sonnenfinsternis führt. Partielle Sonnenfinsternisse treten auf, wenn sich der Betrachter im Halbschatten befindet.

Jedes Symbol zeigt die Ansicht von der Mitte seines schwarzen Flecks, der den Mond darstellt (nicht maßstabsgetreu).

Die Sonnenfinsternisstärke ist der Bruchteil des Sonnendurchmessers, der vom Mond bedeckt wird. Bei einer totalen Sonnenfinsternis ist dieser Wert immer größer oder gleich eins. Sowohl bei ringförmigen als auch bei totalen Sonnenfinsternissen ist die Sonnenfinsternis das Verhältnis der Winkelgrößen des Mondes zur Sonne.

Sonnenfinsternisse sind relativ kurze Ereignisse, die nur entlang einer relativ schmalen Spur in ihrer Gesamtheit betrachtet werden können. Unter günstigsten Umständen kann eine totale Sonnenfinsternis 7 Minuten und 31 Sekunden dauern und auf einer bis zu 250 km breiten Bahn beobachtet werden. Der Bereich, in dem eine partielle Sonnenfinsternis beobachtet werden kann, ist jedoch viel größer. Der Kernschatten des Mondes wird mit einer Geschwindigkeit von 1.700 km/h nach Osten vorrücken, bis er die Erdoberfläche nicht mehr schneidet.

Geometrie einer totalen Sonnenfinsternis (nicht maßstabsgetreu)

Während einer Sonnenfinsternis kann der Mond die Sonne manchmal perfekt bedecken, da seine scheinbare Größe von der Erde aus gesehen fast dieselbe ist wie die der Sonne. Eine totale Sonnenfinsternis ist tatsächlich eine Bedeckung, während eine ringförmige Sonnenfinsternis ein Transit ist .

Wenn sie an anderen Punkten im Weltraum als der Erdoberfläche beobachtet wird, kann die Sonne von anderen Körpern als dem Mond verfinstert werden. Zwei Beispiele sind, als die Besatzung von Apollo 12 1969 beobachtete, wie die Erde die Sonne verfinsterte, und als die Cassini- Sonde 2006 beobachtete, wie Saturn die Sonne verfinsterte .

Der Verlauf einer Mondfinsternis von rechts nach links. Totalität wird mit den ersten beiden Bildern gezeigt. Diese erforderten eine längere Belichtungszeit , um die Details sichtbar zu machen.

Mondfinsternis

Mondfinsternisse treten auf, wenn der Mond den Erdschatten durchquert. Dies geschieht nur bei Vollmond , wenn sich der Mond auf der von der Sonne entfernten Seite der Erde befindet. Im Gegensatz zu einer Sonnenfinsternis kann eine Mondfinsternis von fast einer ganzen Hemisphäre aus beobachtet werden. Aus diesem Grund ist es viel häufiger, eine Mondfinsternis von einem bestimmten Ort aus zu beobachten. Eine Mondfinsternis dauert länger und dauert mehrere Stunden, wobei die Totalität selbst normalerweise zwischen etwa 30 Minuten und über einer Stunde liegt.

Es gibt drei Arten von Mondfinsternissen: Halbschatten, wenn der Mond nur den Halbschatten der Erde durchquert; teilweise, wenn der Mond teilweise in den Kernschatten der Erde eintaucht ; und total, wenn der Mond vollständig in den Kernschatten der Erde eintaucht. Totale Mondfinsternisse durchlaufen alle drei Phasen. Aber auch während einer totalen Mondfinsternis ist der Mond nicht ganz dunkel. Sonnenlicht, das durch die Erdatmosphäre gebrochen wird, dringt in den Kernschatten ein und sorgt für eine schwache Beleuchtung. Ähnlich wie bei einem Sonnenuntergang neigt die Atmosphäre dazu, Licht mit kürzeren Wellenlängen stärker zu streuen, so dass die Beleuchtung des Mondes durch gebrochenes Licht einen roten Farbton hat, daher wird der Begriff "Blutmond" häufig in Beschreibungen solcher Mondereignisse bis jetzt gefunden zurück, wenn Finsternisse aufgezeichnet werden.

Historischer Rekord

Aufzeichnungen über Sonnenfinsternisse werden seit der Antike geführt. Eclipse-Daten können für die chronologische Datierung historischer Aufzeichnungen verwendet werden. Eine syrische Tontafel in ugaritischer Sprache zeichnet eine Sonnenfinsternis vom 5. März 1223 v. Chr. Auf, während Paul Griffin argumentiert, dass ein Stein in Irland am 30. November 3340 v Sonnenfinsternis-Aufzeichnungen, die hauptsächlich aus dem 13. Chinesische historische Aufzeichnungen von Sonnenfinsternissen reichen über 3.000 Jahre zurück und wurden verwendet, um Änderungen der Rotationsgeschwindigkeit der Erde zu messen.

Um 1600 veröffentlichten europäische Astronomen Bücher mit Diagrammen, die erklärten, wie Mond- und Sonnenfinsternisse auftraten. Um diese Informationen einem breiteren Publikum zugänglich zu machen und die Angst vor den Folgen von Sonnenfinsternissen zu verringern, druckten Buchhändler Breitseiten, die das Ereignis entweder mit Hilfe der Wissenschaft oder mittels Astrologie erklärten.

Andere Planeten und Zwergplaneten

Gasriesen

Ein Bild von Jupiter und seinem Mond Io, aufgenommen von Hubble . Der schwarze Fleck ist Ios Schatten.
Saturn occults die Sonne als von der gesehenen Cassini-Huygens - Raumsonde

Die Gasriesenplaneten haben viele Monde und zeigen daher häufig Finsternisse. Am auffälligsten sind Jupiter , der vier große Monde und eine geringe axiale Neigung hat , wodurch Finsternisse häufiger werden, wenn diese Körper durch den Schatten des größeren Planeten gehen. Transite treten mit gleicher Häufigkeit auf. Es ist üblich, dass die größeren Monde kreisförmige Schatten auf die Wolkenspitzen des Jupiter werfen.

Die Finsternisse der Galileischen Monde durch Jupiter wurden genau vorhersehbar, sobald ihre Bahnelemente bekannt waren. In den 1670er Jahren wurde entdeckt, dass diese Ereignisse etwa 17 Minuten später als erwartet stattfanden, als sich Jupiter auf der anderen Seite der Sonne befand. Ole Rømer folgerte, dass die Verzögerung durch die Zeit verursacht wurde, die das Licht benötigt, um vom Jupiter zur Erde zu reisen. Dies wurde verwendet, um die erste Schätzung der Lichtgeschwindigkeit zu erstellen .

Bei den anderen drei Gasriesen ( Saturn , Uranus und Neptun ) treten Finsternisse aufgrund ihrer höheren Neigung zwischen den Umlaufbahnen des Mondes und der Umlaufebene des Planeten nur zu bestimmten Zeiten während der Umlaufbahn des Planeten auf. Der Mond Titan zum Beispiel hat eine Bahnebene, die um 1,6° zur Äquatorebene des Saturn geneigt ist. Aber Saturn hat eine axiale Neigung von fast 27°. Die Bahnebene von Titan kreuzt die Sichtlinie zur Sonne nur an zwei Punkten entlang der Umlaufbahn des Saturn. Da die Umlaufzeit des Saturn 29,7 Jahre beträgt, ist eine Sonnenfinsternis nur etwa alle 15 Jahre möglich.

Das Timing der Jupiter-Satellitenfinsternisse wurde auch verwendet, um den Längengrad eines Beobachters auf der Erde zu berechnen . Indem man die erwartete Zeit kennt, zu der eine Sonnenfinsternis auf einem Standardlängengrad (wie Greenwich ) beobachtet wird, könnte der Zeitunterschied durch genaue Beobachtung der Ortszeit der Sonnenfinsternis berechnet werden. Der Zeitunterschied gibt den Längengrad des Beobachters an, denn jede Stunde Unterschied entsprach 15° um den Erdäquator. Diese Technik wurde zum Beispiel 1679 von Giovanni D. Cassini verwendet, um Frankreich neu zu kartieren .

Mars

Transit von Phobos vom Mars , gesehen vom Mars Opportunity Rover (10. März 2004).

Auf dem Mars sind nur partielle Sonnenfinsternisse ( Transite ) möglich, da keiner seiner Monde mit seinen jeweiligen Bahnradien groß genug ist, um die Sonnenscheibe von der Oberfläche des Planeten aus zu bedecken. Mondfinsternisse auf dem Mars sind nicht nur möglich, sondern alltäglich, wobei jedes Jahr auf der Erde Hunderte auftreten. Es gibt auch seltene Gelegenheiten, in denen Deimos von Phobos in den Schatten gestellt wird. Marsfinsternisse wurden sowohl von der Marsoberfläche als auch von der Umlaufbahn aus fotografiert.

Pluto

Pluto mit seinem verhältnismäßig größten Mond Charon ist auch Schauplatz vieler Finsternisse. Zwischen 1985 und 1990 ereignete sich eine Reihe solcher gegenseitiger Finsternisse. Diese täglichen Ereignisse führten zu den ersten genauen Messungen der physikalischen Parameter beider Objekte.

Merkur und Venus

Auf Merkur und Venus , die keine Monde haben, sind Finsternisse unmöglich . Wie jedoch von der Erde aus gesehen, haben beide beobachtet Transit über das Gesicht der Sonne Jedes Jahrhundert gibt es durchschnittlich 13 Merkurtransite. Venustransite treten in Paaren auf, die durch einen Abstand von acht Jahren getrennt sind, aber jedes Paar von Ereignissen kommt weniger als einmal im Jahrhundert vor. Laut NASA wird das nächste Paar von Venus-Transiten am 10. Dezember 2117 und am 8. Dezember 2125 stattfinden. Merkurtransits sind viel häufiger.

Verfinsterte Binärdateien

Ein Doppelsternsystem besteht aus zwei Sternen , dass eine Umlaufbahn um ihr gemeinsames Massenzentrum . Die Bewegungen beider Sterne liegen auf einer gemeinsamen Orbitalebene im Weltraum. Wenn diese Ebene sehr genau auf den Standort eines Beobachters ausgerichtet ist, kann man die Sterne sehen, wie sie voreinander vorbeiziehen. Das Ergebnis ist eine Art extrinsisches variables Sternensystem , das als verdunkelndes Binärsystem bezeichnet wird .

Die maximale Leuchtkraft eines verdunkelnden Doppelsternsystems ist gleich der Summe der Leuchtkraftbeiträge der einzelnen Sterne. Wenn ein Stern vor dem anderen vorbeizieht, nimmt die Leuchtkraft des Systems ab. Die Leuchtkraft kehrt zum Normalzustand zurück, sobald die beiden Sterne nicht mehr ausgerichtet sind.

Das erste verfinsterte Doppelsternsystem, das entdeckt wurde , war Algol , ein Sternensystem im Sternbild Perseus . Normalerweise hat dieses Sternensystem eine visuelle Größe von 2,1. Alle 2,867 Tage sinkt die Helligkeit jedoch für mehr als neun Stunden auf 3,4. Dies wird durch den Durchgang des Dimmer-Elements des Paares vor dem helleren Stern verursacht. Das Konzept, dass ein verdunkelnder Körper diese Helligkeitsschwankungen verursachte, wurde 1783 von John Goodricke eingeführt .

Typen

Sonne - Mond - Erde: Sonnenfinsternis | ringförmige Sonnenfinsternis | hybride Sonnenfinsternis | partielle Sonnenfinsternis

Sonne - Erde - Mond: Mondfinsternis | Halbschattenfinsternis | partielle Mondfinsternis | zentrale Mondfinsternis

Sonne - Phobos - Mars: Transit von Phobos vom Mars | Sonnenfinsternisse auf dem Mars

Sonne - Deimos - Mars: Transit des Deimos vom Mars | Sonnenfinsternisse auf dem Mars

Andere Typen: Sonnenfinsternisse auf Jupiter | Sonnenfinsternisse auf Saturn | Sonnenfinsternisse auf Uranus | Sonnenfinsternisse auf Neptun | Sonnenfinsternisse auf Pluto

Siehe auch

Verweise

Externe Links

Bildergalerien