Partielle Sonnenfinsternis - Donnerstag, 10. Juni 2021 - Sternenpark Gantrisch
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Donnerstag, 10. Juni 2021
Partielle
Sonnenfinsternis
11.27–13.11 Uhr
Schwarzenburg
Schulsternwarte
Die Sternwarte an der Thunstrasse ist ab
11 Uhr geöffnet. Um 12.18 Uhr erreicht die
Sonnenfinsternis, mit rund 15% Bedeckung
des Sonnendurchmessers, das Maximum.
Das Ereignis kann mit unseren Teleskopen
und anderen Hilfsmitteln beobachtet werden.
Jedermann hat freien Zutritt!
ACHTUNG
Zur Beobachtung der Finsternis nur
dafür vorgesehene Sonnenfinsternisbrillen
verwenden.
Diese Finsternis ist im Nordpolargebiet ringförmig zu beobachten.
Nach einer Wartezeit von über 6 Jahren findet endlich wieder eine Sonnenfinsternis in der Schweiz
statt.
Dies ist zwar nicht sehr spektakulär, bietet aber doch Gelegenheit, das Thema im Unterricht wieder
einmal aufzugreifen. Der Finsternisverlauf während der Mittagszeit liegt zudem günstig. Die Sonne
steht hoch am Himmel. Bei gutem Wetter kann überall beobachtet werden.
Diese Information enthält folgende Themen:
– Vergangene und zukünftige Sonnenfinsternisse in der Schweiz (Grafik aus dem Jahr 2015)
– Wie entsteht eine Sonnenfinsternis? Die astronomische Erklärung.
– Wie kann man die Sonnenfinsternis gefahrlos beobachten?
– Globale Betrachtung: Je nach Standort sieht die Finsternis anders aus.
– Ringförmige und totale Sonnenfinsternis
– Mathematische Ergänzung zur wahren und scheinbaren Grösse von Sonne und Mond, zu den
beiden Finsternisarten.
Vergangene und zukünftige Sonnenfinsternisse Wir gelangen jetzt in eine Zeit, wo Sonnenfinsternisse bei uns häufiger werden. – Freuen wir uns! Die nächste totale Sonnenfinsternis in der Schweiz können wir erste am 3. September 2081 erleben. Die Totalitätszone wird zwischen den blauen Linien liegen:
Wie ensteht eine Sonnenfinsternis? Der Schatten des Mondes trifft die Erde. Beobachter im Schattengebiet erleben die Finsternis. Aus dem Weltall betrachtet sieht man diesen Schatten! Finsternis vom 29. März 2006 mit Mondschatten über Nordafrika: Der Mond steht also zwischen Sonne und Erde. Folglich: Sonnenfinsternisse sind nur bei Neumond möglich.
Wie kann man eine Sonnenfinsternis gefahrlos beobachten? Warnung: Nie direkt in die Sonne schauen, Gefahr von schweren Augenschäden. Keine improvisiereten «Sonnenfilter» (z.B. CD) verwenden. Sonnenbrillen nützen nichts! Spezielle Finsternisbrillen verwenden. Diese gibt es vielleicht noch irgendwo im Vorrat der Schule, bei einer Sternwarte oder in Optikergeschäften. Dazu eine Erfahrung aus dem Jahr 2015: In ganz Europa waren damals die Finsternisbrillen ausverkauft. Als Lehrerinnen und Lehrer (etwa spät!) merkten, dass sie mit der Klasse beobachten möchten waren sie verängstigt, ratlos und – leider – übervorsichtig. An einigen Schulen wurden auf Anweisung der Schulleitung Kinder während der Finsternis im Klassenzimmer bei abgesenketen Storen eingesperrt. – Ein einmaliges Naturschauspiel wurde ihnen verwehrt. Jammerschade!!! – Das darf so nicht noch einmal geschehen. Wir zeigen hier zwei Beobachtungsmöglichkeiten ohne Finsternisbrillen. Einfach und kostenlos: Prinzip Lochkamera Dazu ein Beispiel aus unserem Alltag. In der Sonnenstore sind kleine Öffnungen. Diese müssen nicht rund sein! Jede dieser Öffnungen erzeugt ein Bild der Sonne auf dem Bett:
Dazu unser Vorschlag: Man nehme eine Karte und steche ein etwa 2 mm grosses Loch hinein. Bei Sonnenschein lasse man den Schatten dieser Karte auf einen weissen Karton fallen. Abstand der beiden Kartons mindestens 60 cm. Im Schatten entsteht das Bild der Sonne. Der Verlauf der Finsternis wird deutlich zu sehen sein. (Test mit der Sonne, die durch Äste scheint!) Verbesserung: Weisses Papier in einer Schachtel befestigen, so dass die Umgebung dunkler ist. Ein grosses Loch erzeugt ein helleres, aber unschärferes Bild. Mit diesem Notbehelf hätte man die Kinder damals nicht einsperren müssen! Etwas aufwändiger: Okularprojektion mit einem Feldstecher. So sieht die Einrichtung aus: Die Erklärungen dazu: Das Prinzip Der Feldstecher oder das Fernrohr wird als Projektor benützt. Das Bild der Sonne wird auf einer weissen Fläche abgebildet. Das Objektiv ist gegen die Sonne gerichtet, das Okular (Linse auf der Augenseite) gegen die Projektionsfläche. Vorsicht! Es besteht die Gefahr, dass übereifrige Beobachter ins Gerät hinein schauen möchten. Man stelle die Geräte deshalb in Bodennähe auf, so dass ein Hineinblicken kaum möglich ist. Zudem muss die Anordnung beständig überwacht werden! Um eine unerwünschte Erwärmung und Schäden im Okular zu vermeiden, die Sonne jeweils nur für kurze Zeit durch das Instrument scheinen lassen, dann das Objektiv wieder zudecken. Materialliste Feldstecher, Fotostativ mit dreh- und schwenkbarem Oberteil, 2 Stücke Karton A4, eines davon bespannt mit einem weissen Papier, Halterung für diesen Projektionskarton, wenn möglich Feldstecherhalterung (spezielles Verbindungsstück zwischen Feldstecher und Fotostativ, erhältlich im Fotohandel).
Bauanleitung Abb. 1: Stelle den Feldstecher mit den Objektiven nach unten auf das Kartonstück, ein Objektiv nahe beim Rand, das andere möglichst in der Mitte. Markiere dieses auf dem Karton. Schneide in den Karton ein Loch, das einige mm kleiner ist als der Aussendurchmesser der Linsenfassung. Abb. 2: Verfertige eine etwa 3 bis 4 cm hohe Hülse (Zylindermantel), die satt auf der Objektivfassung sitzt. Befestige sie über dem Loch im Karton. Mit dieser Hülse wird der Karton am Feldstecher befestigt. Montiere noch eine Klappe, mit der das freie Objektiv von vorne her abgedeckt werden kann. Aufstellung und Bedienung Abb. 3: Die Projektionsfläche sollte jederzeit ungefähr senkrecht zur Sonneneinstrahlung stehen. Es ist günstig, wenn sie mit Stativmaterial gehalten wird. Montiere den Feldstecher auf das Fotostativ. Wenn keine spezielle Halterung vorhanden ist, mit Klebstreifen, Draht oder Schnur improvisieren. Der Mitteltrieb muss frei zugänglich bleiben! Stelle die Projektionsfläche so auf, dass sie etwa 50 cm von den Okularlinsen entfernt ist. Drehe und kippe den Feldstecher so, dass dessen Schatten auf dem Projektionskarton möglichst kurz wird. Vielleicht erscheinen zufällig bereits zwei helle Flecken (unscharfe Sonnenbilder), sonst musst du etwas pröbeln und suchen. Dies ist am Anfang nicht ganz einfach. Der Feldstecher muss wirklich recht exakt zur Sonne gerichtet sein, damit die Sonnenbilder erscheinen. Setze dann den vorbereiteten Karton vorne auf den Feldstecher. Jetzt liegt der Projektionsschirm im Schatten, der Kontrast des Sonnenbildes wird besser. Stelle am Feldstecher (Mitteltrieb oder Verstellung am Okular) das Sonnenbild scharf ein. Dieses muss kreisförmig und nicht elliptisch sein. Schliesse die Klappe, damit sich das Instrument nicht zu stark erwärmt. Der Feldstecher muss dem scheinbaren Lauf der Sonne ständig nachgeführt werden. Die Sonne wandert in ca. 2 Minuten um ihren Durchmesser.
Was sieht man in der Projektion? Ein scharf begrenztes Bild der Sonne, event. mit Sonnenflecken. Bei 8-facher Feldstecher- Vergrösserung wird das Sonnenbild etwa 4 cm gross, bei 10-facher Vergrösserung rund 5 cm gross. Man sieht allfällige Wolken vorüberziehen oder man erkennt Äste, wenn die Sonne durch Bäume scheint. Eindrucksvoll kann die Beobachtung des Sonnenuntergangs sein. Eine verbesserte, kompakte Variante nach einer Idee von Christoph A. Schwengeler, Bolligen Feldstecher und Projektionsfläche in eine 80 bis 100 cm lange Kartonschachtel einbauen, die seitlich ein Beobachtungsfenster enthält. Die ganze so vorbereitete Schachtel auf das Fotostativ montieren. Vorteile: Es ist unmöglich, in den Feldstecher zu blicken, Feldstecher und Projektionsfläche stehen immer richtig zueinander, das Sonnenbild liegt im Dunkeln.
Die Finsternis in einem Modell Eine Sagexkugel (Durchmesser etwa ein Viertel des Globus-Durechmessers) wird an einem Stock aufgehängt und so plaziert, dass ihr Schatten auf den Globus fällt. Je nach Distanz sieht der Schatten anders aus. Dies wird deutlicher, wenn man den Schatten auf einem weissen Karton auffängt.
Andere Standorte ergeben andere Finsternis-Verläufe Mondfinsternisse sehen überall auf der Erde gleich aus. Bei Sonnenfinsternissen ist das anders! – Als Beispiel die Finsternis vom 10. Juni 2021: Erklärung: «Je höher hinauf» wir auf der Erdkugel steigen, desto mehr verschiebt sich der Mond vor der Sonne nach unten. – Und wenn wir uns noch weiter nach Norden verschieben? Ein Beobachter am Nordpol würde den Finsternisverlauf so sehen: Hochsommer, fast beim längsten Tag! Die Sonne steht am Norpol während des ganzen Tages 23° hoch am Himmel. Der Mond wandert auch hier von rechts nach links vor der Sonne durch. Offenbar erscheint der Mond an diesem Tag kleiner als die Sonne. Die Finsternis wird nicht total, sondern ringförmig. (Mehr hiezu auf der übernächsten Seite.)
Die globale Sicht auf den Finsternisverlauf Sommerhalbjahr auf der Nordhalbkugel. Der Nordpol ist der Sonne zugewandt. Die Sonne bescheint dauend das Gebiet der Arktis, maximal bis zum Polarkreis. Der Mondschatten wandert durch dieses Gebiet. Rot: Gebiet, in welchem die Finsternis ringförmig zu sehen ist. Blau: Finsternis partiell.
Ringförmige Finsternis Diese kann auch so erklärt werden: Wenn die Spitze das Schattenkegels (weisser Pfeil) die Erdoberfläche nicht erreicht, ist die Finsternis ringförmig. Zahlen und mathematische Anwendung Regel zum Merken: Die Sonne ist etwa 400 mal grösser als der Mond (Durchmesser), sie ist auch etwa 400 mal weiter entfernt als der Mond. Deshalb erscheinen beide am Himmel ungefähr gleich gross. Genaue Zahlen: Durchmesser der Sonne 1 392 000 km Durchmesser des Mondes 3 476 km Entfernungen des Mondes von der Erde Kleinster Abstand (Perigäum) 356 400 km Mittlerer Abstand 384 400 km Grösster Abstand (Apogäum) 406 700 km Abstand am Finsternistag 10. Juni 2021 398 740 km Entfernungen der Sonne von der Erde Kleinster Abstand (Perihel) 147 100 000 km Mittlerer Abstand 149 597 870 km = 1 Astronomische Einheit Grösster Abstand (Aphel) 152 100 000 km Abstand am Finsternistag 10. Juni 2021 151 880 000 km Mit dieser Datensammlung lassen sich vielerlei Rechnungsaufgaben «basteln». Eine Frage könnte sein: Bei welchen Stellungen von Mond und Sonne kann es eine totale, wann eine ringförmige Finsternis geben? Prinzip: Von vier Grössen (zwei Durchmesser, zwei Entfernungen) sind drei gegen, die vierte ist gesucht. Der Lösungsweg wird – je nach Stufe – verschieden sein: a) Einfache Überlegungen «wie oft mal grösser ist das eine als das andere?» b) Nach einem Rechnungsschema aus dem Kapitel Proportionalität im Sachrechnen c) Mit Proportionalgleichungen und Strahlensätzen (9. Schuljahr) d) Auf dem Weg über die scheinbare Grösse von Mond und Sonne (Winkelfunktion tangens)
Die scheinbare und die wahre Grösse Die drei Sagexkugeln sind ungleich gross. Ihre Durchmesser verhalten sich wie 1 : 2 : 3. Werden diese in Entfernungen im Verhältnis 1 : 2 : 3 aufgestellt, erscheinen alle gleich gross.
Die wirkliche Grösse der drei Kugeln ist verschieden, die scheinbare Grösse ist gleich: Die Winkelfunktion «tangens» ist hier hilfreich: Im rechtwinkligen Dreikeck gilt: r : d = tan α β = 2α Der Winkel β ist das Mass für die scheinbare Grösse. Verfasser: Erich Laager
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