Sonnenfinsternis

Diamantringeffekt bei der Finsternis am 29. März 2006


Bild Quelle https://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenfinsternis

Eine irdische Sonnenfinsternis oder Eklipse (griechisch ἔκλειψις ékleipsis „Überlagerung, Verdeckung, Auslöschung“) ist ein astronomisches Ereignis, bei dem die Sonne von der Erde aus gesehen durch den Mond ganz oder teilweise verdeckt wird, was nur bei Neumond möglich ist, und dementsprechend ein Schatten über die Erde streicht.

Sonne und Mond erscheinen einem Beobachter auf der Erde mit annähernd dem gleichen scheinbaren Durchmesser und so kann die Mondscheibe die Sonnenscheibe manchmal gerade vollständig bedecken. Die bei solch einer totalen Sonnenfinsternis auf die Erde fallende Spur des Kernschattens des Mondes ist allerdings maximal einige hundert Kilometer breit. Hingegen misst der Halbschatten des Mondes – wegen der flächigen Lichtquelle Sonne ein Übergangsschatten mit fließendem Helligkeitsübergang – mehrere tausend Kilometer, so dass dann von mehr als einem Viertel der Erdoberfläche aus eine partielle Verfinsterung der Sonne zu beobachten ist.

Grundlagen einer Sonnenfinsternis
Damit es zu einer Sonnenfinsternis kommt, müssen Sonne, Mond und Erde auf einer Linie stehen. Da die Mondbahn gegen die Ekliptikebene geneigt ist (um etwa 5°), tritt dies nicht jedes Mal zu Neumond ein, sondern nur, wenn der Mond sich dann auch nahe einem der zwei Schnittpunkte von Mondbahn und Ekliptikebene befindet. Bis wieder einer dieser beiden Mondknoten die Sonne passiert, braucht es ein halbes Finsternisjahr (173,31 Tage).

Der scheinbare Durchmesser des Mondes kann bei vielen zentralen Finsternissen – wenn also die Mitte der Mondscheibe über den Sonnenmittelpunkt zieht – hinreichen, die Sonne vollständig zu bedecken, so dass eine totale Sonnenfinsternis zu beobachten ist. Doch manchmal ist dann die Mondscheibe relativ zur Sonnenscheibe zu klein, so dass die Sonne um den Mond herum sichtbar bleibt als ringförmige Sonnenfinsternis. Denn die Entfernungen von Sonne und Mond zu Erde können verschiedene Verhältnisse bilden, da ja die Umlaufbahn der Erde um die Sonne wie auch die des Mondes um die Erde nicht kreisförmig ist, sondern leicht elliptisch.

Geht über einen Beobachter beziehungsweise einen Ort auf der Erde nicht der Kernschatten des Mondes hinweg, aber sein Halbschatten, so wird von einer partiellen Sonnenfinsternis gesprochen. Diese ist regional bezogen häufiger zu beobachten als eine totale Sonnenfinsternis, weil die Spur des Kernschattens auf der Erdoberfläche nicht breit ist, äquatornah maximal weniger als 300 km.

Da Sonne, Mond und Erde keine punktförmigen Gebilde sind, können Sonnenfinsternisse auch noch in einem gewissen Abstand zum Mondknoten stattfinden, dem sogenannten Finsternis-Limit; beidseits knapp 17° gemessen als ekliptikaler Winkel beträgt dieser Bereich für Finsternisse, die durch den auf die Erde – bezogen als ganze – geworfenen Halbschatten des Mondes entstehen können. So kann gelegentlich – im Wechsel einer Reihe des Semesterzyklus von 8 bis 10 halben Jahren zur folgenden – nach einer partiellen Sonnenfinsternis schon etwa einen Monat später die nächste Sonnenfinsternis eintreten. Der Finsternisbereich für totale Sonnenfinsternisse jedoch hat nur eine Knotendistanz von rund ± 10,6° beziehungsweise beträgt etwa 22 Tage; so kann denn einer totalen nicht schon eine Lunation (durchschnittlich 29,53 Tage) später wieder eine Finsternis der Sonne folgen, wohl aber nach etwa einer halben Lunation eine Mondfinsternis. In jedem Kalenderjahr gibt es mindestens 2, maximal aber 5 Sonnenfinsternisse.


Bild Quelle https://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenfinsternis

Arten von Sonnenfinsternissen
Bezogen auf die Erde als ganze und ihre Stellung im Raum werden Sonnenfinsternisse unterschieden nach Lage der Achse des Mondschattens in zentrale, bei denen diese durch die Erde geht, und in partielle, bei denen die Schattenachse an der Erde vorbeistreicht.

Eine Finsternis, bei der die Erde ausschließlich vom Halbschatten des Mondes erreicht wird, heißt in diesem Sinn eine partielle Sonnenfinsternis.Solche Finsternisse treten in Gebieten in Nähe der beiden Erdpole auf.

Finsternisse, bei denen die Achse des Mondschattens die Erde kreuzt, bezeichnet man als zentrale Finsternisse. Bei diesen werden totale, ringförmige und hybride als drei Formen unterschieden danach, ob und wie der kegelförmige Kernschatten die Erdoberfläche erreicht.

Als Sonderfall können nichtzentrale totale oder ringförmige Finsternisse auftreten, bei denen die Achse des Mondschattens die Erde sehr knapp verfehlt, aber Teile der Erdoberfläche Totalität oder exzentrische Ringförmigkeit erleben können.

Totale Sonnenfinsternis

Bei einer totalen Sonnenfinsternis ist der scheinbare Durchmesser des Mondes größer als der der Sonne. Die Beobachtung einer solchen Finsternis ist von besonderem Interesse, weil man auch die Sonnenkorona beobachten kann, die sonst vom hellen Licht der Sonne überstrahlt wird. Für Sonnenphysiker besteht dabei Gelegenheit, die Sonnenkorona zu untersuchen.

Da der scheinbare Durchmesser des Mondes auch bei günstigster Konstellation den der Sonne nur unwesentlich übertrifft, ist die Totalitätszone relativ schmal. Im günstigsten Fall hat der Kernschatten einen Durchmesser von 273 Kilometern.Die Dauer der Totalität an einem Ort wird außer von den Größenverhältnissen zwischen Sonne und Mond auch von der Bahngeschwindigkeit des Mondes und von der Geschwindigkeit der Erdrotation bestimmt. Dabei dauert die Totalität tendenziell im Bereich des Äquators am längsten, da dort die Erdoberfläche am schnellsten dem forteilenden Mondschatten nachläuft und auch eine geringere Entfernung zum Mond hat, womit der Kernschatten tendenziell größer ist. Die längste totale Sonnenfinsternis zwischen 1.999 v. Chr. und 3.000 n.Chr. findet mit 7:29 Minuten am 16. Juli 2186 statt.

Ringförmige Sonnenfinsternis

Wenn aufgrund der elliptischen Umlaufbahnen der Erde um die Sonne und des Mondes um die Erde der scheinbare Durchmesser der Sonne den des Mondes übertrifft, bleibt der äußere Rand der Sonne bei einer Finsternis sichtbar. Sie wird deshalb auch ringförmige, annulare oder Feuerkranz-Sonnenfinsternis genannt. Der Kernschatten des Mondes erreicht dabei nicht die Erdoberfläche. Eine Sonnenkorona ist dann nicht erkennbar, weil sie vom sichtbar bleibenden Teil der Sonne überstrahlt wird.

Eine ringförmige Phase kann länger dauern als eine totale Phase. Dies liegt daran, dass die bei einer ringförmigen Finsternis kleinere Mondscheibe einen längeren Weg zurückzulegen hat, bis sie an der Sonnenscheibe vorbei ist. Zudem ist die Bahngeschwindigkeit des Mondes wegen seines größeren Abstandes von der Erde kleiner. Theoretisch kann die ringförmige Phase gegenwärtig etwa 12,5 Minuten erreichen.

Hybride Sonnenfinsternis

Bei einer hybriden Sonnenfinsternis – auch ringförmig-totale Finsternis genannt – ist der Kernschatten des Mondes nur am Anfang und zum Schluss (manchmal nur an einem von beiden) nicht bis zur Oberfläche der Erde hin reichend. In der Mitte seiner Bahn trifft er aber auf die kugelförmige Erdoberfläche. Eine hybride Sonnenfinsternis beginnt und endet somit (meistens) als ringförmige Finsternis. Dazwischen ist sie total. Am Ort des Übergangs sind beide Phasen je für einen winzigen Augenblick beobachtbar. Die Totalität dauert überhaupt nur wenige Sekunden.

Diese Form der Sonnenfinsternis ist selten und macht in langjährigen Aufstellungen (Canon oder Kanon) nur ca. 1 % aller Fälle aus. Ein Beispiel ist die Finsternis vom 8. April 2005. Im Maximum war die Totalitätszone im östlichen Pazifik vor Costa Rica und Panama nur 27 Kilometer breit, die Totalitätsdauer betrug nur 42 Sekunden. Die letzte derartige Finsternis fand am 3. November 2013 statt.

Partielle Sonnenfinsternis

In einem astronomischen Kanon der Sonnenfinsternisse werden nur partielle Sonnenfinsternisse, die in den polaren Gebieten der Erde auftreten, als solche bezeichnet.

Die meisten Beobachter einer zentralen Finsternis befinden sich seitlich außerhalb des zentralen Streifens. Die wesentlich breiteren Seitenstreifen liegen nur im Halbschatten des Mondes und Beobachter sehen dort nur eine partiell verfinsterte Sonne. Auch die Beobachter einer totalen Sonnenfinsternis im zentralen Streifen erleben vor und nach der Totalität während längerer Zeit nur den Halbschatten. Begrifflich muss also die auf die Erde bezogene partielle Finsternis abgesetzt werden von einer nach Ort und Zeit auf bestimmte Regionen bezogenen Beobachtung einer partiell verfinsterten Sonne.

Der durch eine partielle Verfinsterung der Sonne verursachte Helligkeitsabfall ist nur bei sehr großem Bedeckungsgrad deutlich wahrnehmbar.

Nichtzentrale totale oder ringförmige Sonnenfinsternis

Verfehlt die Achse des Mondschattens die Erde sehr knapp, so dass bei einer totalen Finsternis Teile des Mondschattens die Erdoberfläche erreichen, bzw. bei einer ringförmigen Finsternis der gesamte Mond innerhalb der Sonnenscheibe, aber nirgends zentriert, zu sehen ist, spricht man von einer nichtzentralen totalen oder ringförmigen Sonnenfinsternis. Finsternisse dieser Art sind selten – sie machen nur 1,3 % aller Finsternisse aus. Wie partielle Finsternisse treten sie nur in der Nähe der Erdpole auf. Die einzige nichtzentrale totale Finsternis im 21. Jahrhundert ist die Sonnenfinsternis vom 9. April 2043.

Totale Sonnenfinsternis vom 29. März 2006 beobachtet vom geostationären Satelliten MSG. Der Mondschatten liegt über der wolkenfreien Sahara.

Ringförmige Sonnenfinsternis bei Kashima, Japan, 21. Mai 2012

Partielle Sonnenfinsternis nach Sonnenaufgang am 4. Januar 2011, Fotomontage des Verlaufs zwischen Anfang etwa bei Sonnenaufgang und etwa der Finsternismitte