Wie Sonnenfinsternisse seit Jahrhunderten kosmische Geheimnisse enthüllen

Etwa alle 18 Monate kommt es irgendwo auf der Erde zu einer totalen Sonnenfinsternis, und das war in der gesamten Menschheitsgeschichte der Fall. Natürlich beschäftigen sich die Menschen schon genauso lange mit diesen dramatischen Ereignissen, denn die erste bekannte schriftliche Aufzeichnung einer Sonnenfinsternis reicht mehr als 3000 Jahre zurück. In all dieser Zeit haben wir durch totale Sonnenfinsternisse erstaunlich viel über die Sonne, die Erde und sogar die Grundgesetze der Physik gelernt.

Über weite Strecken der Geschichte war die Totalität – der Zeitraum, in dem der Mond die gesamte Sonnenscheibe bedeckt – der einzige Zeitpunkt, zu dem Menschen die schwache äußerste Schicht der Sonne sehen konnten. Dieser dünne Plasmaschleier, die sogenannte Korona, war von zentraler Bedeutung für viele wissenschaftliche Fortschritte, die sich aus der Erforschung von Finsternissen ergaben.

Sonnenfinsternis 2024

Am 8. April wird eine totale Sonnenfinsternis über Mexiko, die USA und Kanada hinwegziehen. Unsere Sonderserie deckt alles ab, was Sie wissen müssen, von der Frage, wie und wann Sie sie sehen sollten, bis hin zu einigen der seltsamsten Sonnenfinsternis-Erlebnisse in der Geschichte.

Die Korona ist die Heimat vieler der faszinierendsten Phänomene der Sonne, darunter koronale Massenauswürfe (Coronal Mass Ejections, CMEs), die auftreten, wenn das aufgewühlte Magnetfeld der Sonne Materialstränge und -klumpen in den Weltraum schleudert. CMEs, die die Erde treffen, können Satelliten und das Stromnetz beschädigen und für Astronauten im Weltraum außerhalb des Schutzes der Erdatmosphäre außerordentlich gefährlich sein.

„Die magnetische Aktivität der Sonne verändert sich im Laufe der Zeit und verändert sich auf der Oberfläche des Sterns“, sagt Meredith MacGregor von der Johns Hopkins University in Maryland. Bisher haben wir keine gute Möglichkeit, diese Aktivität vorherzusagen. Aber vielleicht können wir damit beginnen, indem wir die Korona studieren.

Eine totale Sonnenfinsternis ist nicht die einzige Möglichkeit, die äußersten Schichten der Sonne zu betrachten – es gibt auch ein Instrument namens Koronograph, das mithilfe eines Schirms die Sonnenscheibe in einer Art künstlicher Sonnenfinsternis verdeckt. Diese Instrumente sind nicht nur für die Untersuchung unseres eigenen Sterns wichtig, sondern auch für die Untersuchung anderer, weiter entfernter Sterne und die Suche nach Planeten, die sie umkreisen und sonst im grellen Sternenlicht verborgen wären. „Die Inspiration, Koronographen zu verwenden, um das Licht anderer Sterne auszublenden, damit wir nach ihren Exoplaneten suchen können, kommt von natürlichen Finsternissen“, sagt MacGregor.

Die gleiche Dunkelheit, die es schwierig macht, die Korona außerhalb der Gesamtheit zu beobachten, macht sie auch zu einem hervorragenden Ziel für die Spektroskopie. Bei der Spektroskopie wird Licht in seine einzelnen Wellenlängen zerlegt. Dadurch können Forscher anhand des einzigartigen Wellenlängenmusters, das jedes Element aussendet oder absorbiert, bestimmen, welche Elemente in einem Material vorhanden sind. Helium wurde 1868 während einer Sonnenfinsternis spektroskopisch entdeckt, was das erste Mal war, dass irgendein Element durch die Untersuchung des Himmels entdeckt wurde.

Bald darauf fanden Astronomen ein scheinbar weiteres neues Element in der Korona, das sie Coronium nannten. Es stellte sich jedoch heraus, dass es sich lediglich um auf außergewöhnliche Temperaturen von Millionen Grad erhitztes Eisen handelte. Auch wenn es kein neues Element war, war dies ein verblüffender Fund – die Oberfläche der Sonne hat nur etwa 5600 °C, wie konnte es also in der äußersten Schicht so heiß sein?

„Stellen Sie sich vor, Sie stehen am Lagerfeuer und gehen vom Lagerfeuer weg. Und es sollte kälter werden, aber es wird viel heißer“, sagt Frederic Bertley vom Center of Science and Industry in Ohio. „Das ist es, was in der Corona-Krise passiert, und niemand weiß, warum das so ist.“

Sonnenfinsternisse lieferten sogar einige der ersten Beweise für Albert Einsteins allgemeine Relativitätstheorie, die das Verhalten der Schwerkraft auf großen Skalen regelt. Eine der wichtigsten Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie ist, dass massive Objekte die Flugbahn des Lichts krümmen, wenn es an ihnen vorbeizieht. Einstein präsentierte seine Theorie erstmals im Jahr 1915, und der Beweis für ihre Richtigkeit kam 1919, als der Astronom Arthur Eddington beobachtete, wie sich das Sternenlicht während einer Sonnenfinsternis um die Sonne beugte.

Wenn in diesem Monat eine totale Sonnenfinsternis über Mittel- und Nordamerika zieht, werden Astronomen ihre lange Tradition fortsetzen, die Totalität zu nutzen, um präzise Beobachtungen der Sonne und ihrer Auswirkungen auf den Raum um sie herum durchzuführen. Die Sonne birgt noch viele Geheimnisse, die es zu lüften gilt, und eine Sonnenfinsternis ist einer der besten Zeitpunkte, sie zu erforschen.