Wenn der Drache die Sonne verschluckt

Finsternisse haben die Menschen zu allen Zeiten bewegt – und sogar ein neues Weltbild gefestigt

Eine Sonnenfinsternis ist ein eindrucksvolles Schauspiel. Schon vor Jahrtausenden waren die Menschen davon fasziniert und erdachten allerlei Mythen. Wenn sich der Neumond über die Sonnenscheibe schiebt, sollen sogar Kriege entschieden worden sein. Im 18. und 19. Jahrhundert rückten totale Finsternisse dann immer mehr in den Blickpunkt der Forschung. Und 1919 untermauerten Beobachtungen eines kosmischen Schattenspiels sogar Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie.

Text: Helmut Hornung

Kosmisches Schattentheater: Zu einer Sonnenfinsternis kommt es immer dann, wenn Sonne, Neumond und Erde auf einer Linie stehen und der Schatten des Mondes auf die Erdoberfläche fällt.

Kaum ein anderes Naturphänomen bewegt die Menschen so stark wie eine Sonnenfinsternis. Bereits die Babylonier, die im zweiten Jahrtausend vor Christus den Lauf der Gestirne beobachteten, bemerkten einen etwa 18jährigen Zyklus, nach dem sich ähnliche Finsternisse wiederholen. Eine Erklärung dafür hatten die Priesterastrologen nicht. Ebenso wenig konnten sie diese Ereignisse vorhersagen, spiegeln sie doch das ewige Ticken des himmlischen Uhrwerks wider, deren Bauplan sich erst im 16. Jahrhundert zu erschließen begann.

Auch dem griechischen Mathematiker und Philosoph Thales von Milet dürfte der wahre Lauf von Sonne, Mond und Sternen rätselhaft geblieben sein. Dennoch soll er im Jahr 585 vor Christus eine totale Sonnenfinsternis prophezeit haben. Glaubt man dem Historiker Herodot, hat diese Finsternis über Kleinasien sogar einen Krieg zwischen Lydern und Medern entschieden. Just am Tag der großen Schlacht schob sich der Mond vor die Sonne. Thales hatte die Lyder gewarnt, die Meder wussten von dem Schattenspiel dagegen nichts. Voller Furcht ließen sie vom Kampf ab und schlossen Frieden.

Nicht nur den Menschen früherer Zeiten flößte ein kosmisches Schattenspiel Angst und Schrecken ein. Als am 16. Februar 1980 der Mond die Sonne über Kenia verdunkelte, flüchteten sich viele Bewohner des Landes in ihre Hütten oder versuchten, mit ohrenbetäubendem Lärm den Dämon der Dunkelheit zu vertreiben. Ebenso mögen die Chinesen der früheren Jahrhunderte reagiert haben, als sie mit eigenen Augen zusehen mussten, wie ein fürchterlicher Drache mit blitzenden Augen die Sonne verschlang. (Glücklicherweise hat er sie noch jedes Mal wieder ausgespuckt.) In der Astrologie, der Sterndeuterei, kündigt eine Sonnenfinsternis traditionell Unheil an.

Was aber verbirgt sich hinter dem Phänomen? Die wissenschaftliche Antwort auf diese Frage ist weit weniger spannend als die Mythologie mit Drachen und Dämonen, gleichwohl gründet sie auf einem fast schon magischen Zufall. Immerhin passt der knapp 3500 Kilometer im Durchmesser große Mond ziemlich genau auf die 1,4 Millionen Kilometer messende Sonne. Denn das Tagesgestirn ist 400-mal größer als der Erdtrabant – und 400-mal weiter weg. Am irdischen Firmament erscheinen die beiden Himmelskörper daher unter demselben scheinbaren Durchmesser von etwa einem halben Grad.

Diese Laune der Natur allein macht noch keine Finsternis. Der Mond muss die Sonne am Himmel treffen und über ihre strahlende Scheibe wandern. Das kann nur bei Neumond geschehen. Nur dann steht – von einem Punkt weit draußen im Weltraum betrachtet – der Mond zwischen Erde und Sonne. Diese Konstellation tritt jeden Monat ein, genauer alle 29 Tage, 12 Stunden und 44 Minuten. Dennoch sind totale Sonnenfinsternisse nicht allzu häufig. Denn die Mondbahnebene ist um einen Winkel von fünf Grad gegen die Ebene geneigt, in der die Erde einmal pro Jahr die Sonne umläuft; diese Ebene heißt Ekliptik. In den meisten Fällen zieht der Neumond unbemerkt ober- oder unterhalb der Sonnenscheibe vorbei.

Gelegentlich aber steht der Neumond sehr nahe oder direkt in einem der beiden Knoten, wie Fachleute die Schnittpunkte zwischen Mondbahn und Ekliptik nennen. Bis heute erhalten hat sich außerdem die Bezeichnung Drachenpunkte – zur Erinnerung an das sonnenhungrige Untier der alten Chinesen. Wie die Finsternis letztlich ausfällt, hängt unter anderem vom Abstand des Mondes zur Erde ab und von der Distanz unseres Planeten zur Sonne. Am günstigsten steht der Neumond nahe zur sonnenfernen Erde. Aber selbst dann überdeckt der Kegel des Kernschattens auf der Erdoberfläche höchstens ein 300 Kilometer breites Gebiet, berührt er unseren Planeten doch stets nur mit der Spitze.

Weil der Kernschattenkegel pro Stunde 2000 Kilometer in östlicher Richtung zurücklegt, ist eine totale Finsternis für einen Ort entlang dieses schmalen Pfades eine flüchtige Angelegenheit. Maximal 7 Minuten 31 Sekunden kann die Totalität dauern. Die Finsternis am 20. März währt höchstens 2 Minuten 47 Sekunden.

Oftmals reicht der Kernschatten nicht bis zur Erde. Wer das Glück hat, sich exakt in der Verlängerung des Kegels aufzuhalten, sieht eine ringförmige Sonnenfinsternis: Der Mond lässt der Sonnenscheibe ringsum einen winzigen Saum. Es gibt Finsternisse, die ringförmig beginnen, sich entlang der Spur des Kernschattens in totale verwandeln und wieder ringförmig enden.

Kopfarbeit: Theodor von Oppolzer und seine Mitarbeiter erstellten ein Verzeichnis von 8000 Sonnen- und 5200 Mondfinsternissen – jede mit Papier, Bleistift und Rechenschieber minutiös kalkuliert. Das Werk Canon der Finsternisse erschien 1887 in Wien, ein Jahr nach Oppolzers Tod.

Schließlich existiert noch eine dritte Variante: die partielle Sonnenfinsternis. Sie ist außerhalb des Kernschattens überall dort zu beobachten, wo der bis zu 7000 Kilometer breite Halbschatten die Erdoberfläche überstreicht. Ein solches Schauspiel besitzt ein größeres Publikum, weil es an einem bestimmten Ort häufiger auftritt als eine totale Finsternis. Eine partielle Sonnenfinsternis ereignet sich auch dann, wenn der Kernschattenkegel die Erde gar nicht trifft, sich also nirgends auf unserem Planeten eine totale Finsternis abspielt.

Mit dem Computer und entsprechenden Programmen ist es heute kein Problem, Finsternisse sekundengenau vorauszuberechnen. Als sich Theodor von Oppolzer und seine Mitarbeiter ans Werk machten, alle Finsternisse (auch die des Mondes) zwischen dem 10. November 1208 vor und dem 12. Oktober 2163 nach Christus aufzuzeichnen, gab es den Computer noch nicht. In den 1880er-Jahren waren Papier, Bleistift und Rechenschieber die einzigen Hilfsmittel. In jahrelanger Knochenarbeit erstellten die Wissenschaftler ein Verzeichnis von 8000 Sonnen- und 5200 Mondfinsternissen – jede minutiös kalkuliert.

Als das Buch Canon der Finsternisse 1887 in Wien erschien, war sein Herausgeber bereits ein Jahr tot. Oppolzer kannte längst die Erklärung für den 18-jährigen Saroszyklus, den bereits die Babylonier gefunden hatten. Die Sonne passiert einen bestimmten Knoten der Mondbahn alle 346,62 mittlere Sonnentage; dieser Zeitraum heißt Finsternisjahr und ist um etwa 20 Tage kürzer als unser für die Kalenderrechnung übliches Jahr. 19 Finsternisjahre entsprechen 6585,78 Tagen.

Ein synodischer Monat, die Zeit zwischen zwei Neumonden, dauert 29,5306 Tage. Zufällig sind 223 synodische Monate fast exakt so lang wie 19 Finsternis- oder 18 Kalenderjahre, nämlich 6585,32 Tage. Das hat Konsequenzen: Nach jeder dieser 18-jährigen Perioden wiederholt sich der Spielplan am Himmel, weil nahezu identische Finsternisbedingungen herrschen. Der oben erwähnte Thales von Milet hat seine Sonnenfinsternis wohl mithilfe dieses Saroszyklus vorausgesagt.

Eine Finsternis beginnt mit dem ersten Kontakt des Neumonds am Ostrand der Sonne. Diese Delle wächst allmählich immer weiter. Bei vollständiger Bedeckung, also während der Totalität, wird die Sonne von einem weiß-bläulich schimmernden Strahlenkranz umhüllt. Die Zacken dieser Krone ragen bis zum doppelten Durchmesser der Sonnenscheibe in den Himmel. In diesem Moment blickt der Beobachter auf die etwa eine Million Grad heiße äußere Sonnenatmosphäre, die Korona. Bei minimaler Aktivität der Sonne erscheint sie asymmetrisch, mit kurzen „Federn“ an den Polen und langen Strahlen in der Äquatorgegend. Während des Maximums der Sonnenaktivität sieht sie gleichförmig aus.

Eine Sonnenfinsternis, ob partiell oder total, ist für die Wissenschaft heute wenig ergiebig. Im 18. und 19. Jahrhundert dagegen brachten die Momente der Dunkelheit so manch erhellende Einblicke. Insbesondere die Aussicht auf die Beobachtung von Korona und Protuberanzen – Gasströme, die sich während der Totalität am Sonnenrand als filigrane Bögen beobachten lassen –  veranlasste die Forscher zu Expeditionen in entlegene Gebiete.

So etwa reiste Jules Janssen zur Finsternis am 18. August 1868 nach Indien, zerlegte das Licht der Protuberanzen in ein Spektrum und fand, dass diese Flammenzungen überwiegend aus Wasserstoff bestehen. Damals wussten die Forscher bereits, dass die Sonne ein gigantischer Gasball ist, also keine feste Oberfläche besitzt. Die Korona schien der Ausläufer der Atmosphäre zu sein. Charles A. Young und William Harkness wollten sie bei der Finsternis vom 7. August 1869 eingehend unter die Lupe nehmen. Dazu zerlegten sie das matte Licht dieser Krone in ein Spektrum. In diesem zeigte sich eine helle Linie, die im grünen Bereich leuchtete. Sie ließ sich keinem auf der Erde bekannten Element zuordnen.

Offensichtlich hatten Young und Harkness ein neues Element entdeckt, das nur innerhalb der Sonnenkorona vorkommt. Es erhielt daher den Namen Coronium. Erst im Jahr 1942 identifizierte der schwedische Wissenschaftler Bengt Edlén die geheimnisvolle Koronalinie: Sie stammt von Eisen, dessen Atomkerne die Hälfte ihrer jeweils 26 Elektronen verloren haben. Das ist nur bei sehr geringer Verdünnung und unter extrem hohen Temperaturen des Gases möglich. Die Korona musste eine Million Grad heiß sein. Dagegen bringt es die etwa 300 Kilometer dünne Photosphäre – die sichtbare Gashülle des Sonnenballs – auf lediglich 5500 Grad.

Flammenzungen: Während einer totalen Finsternis zeigen sich in der Nähe des Sonnenrands helle Gasströme aus Wasserstoff, die sich meist als filigrane Bögen beobachten lassen. Diesen Protuberanzen galt früher das besondere Interesse der Astronomen. Das Foto entstand bei der Sonnenfinsternis am 28. Mai 1900.

Totale Sonnenfinsternisse haben nicht nur das Wissen über unser Tagesgestirn vermehrt. So spiegelt die Differenz zwischen vorausberechneten und tatsächlichen Kontaktzeiten Störungen der Mondbahn und Unregelmäßigkeiten der Erdrotation wider. In antiken und arabischen Aufzeichnungen wurden Abweichungen gefunden. Daraus schließen die Experten, dass sich der Mond von der Erde jährlich vier Zentimeter entfernt. Darüber hinaus scheint sich unser Planet immer langsamer zu drehen; pro Jahrhundert nimmt die Tageslänge um 0,0016 Sekunden zu.

Die vielleicht wichtigste Entdeckung während einer Sonnenfinsternis gelang am 29. Mai 1919. Damals wurde ein neues physikalisches Gedankengebäude bestätigt. Im Jahr 1907 widmete sich Albert Einstein der Frage, wie die Schwerkraft den Weg des Lichts beeinflusst. Bereits mehr als ein Jahrhundert zuvor hatte sich der Astronom Johann Georg von Soldner genau für dieses Problem interessiert. Wenn das Licht aus Teilchen bestünde, so seine Überlegungen, müsste es der Schwerkraft ebenso gehorchen wie ein hochgeschleuderter Stein, der zur Erde fällt.

Einstein berechnete, dass ein Lichtstrahl, der die Sonne streift, von deren Schwerkraft um 0,875 Bogensekunden abgelenkt werden sollte. Während einer totalen Sonnenfinsternis sollte diese Voraussage überprüft werden. Nur dann lassen sich Sonne und Sterne gleichzeitig am Himmel beobachten. Die Wissenschaftler mussten die Positionen von Sternen nahe dem Sonnenrand messen und sie mit jenen in ihren Katalogen verzeichneten vergleichen, um die Abweichung festzustellen.

Zu Anfang des 20. Jahrhunderts stellte eine solche Beobachtung große Anforderungen an die Messgenauigkeit der Instrumente. 0,875 Bogensekunden sind sehr wenig und entsprechen etwa einem Zweitausendstel des Vollmonddurchmessers. Allerdings verdoppelte Einstein diesen Wert im Jahr 1915. Dies forderte seine Allgemeine Relativitätstheorie, wonach Masse den Raum regelrecht verbiegt – wie ein Schlafender, der seine Matratze eindellt. Diese Raumkrümmung sollte das Licht auf die schiefe Bahn bringen und den Ort eines Sterns am Sonnenrand um 1,75 Bogensekunden verschieben.

Am 8. März 1919 brachen von England zwei astronomische Expeditionen auf. Eine führte auf die Insel Principe vor der Küste Spanisch-Guineas, die andere in die Stadt Sobral in Nordbrasilien. Ziel der Forscher  war die Beobachtung der totalen Sonnenfinsternis am 29. Mai 1919. Sir Arthur Stanley Eddington gelangen auf Principe 16 Aufnahmen, nur zwei davon waren brauchbar. Sie zeigten jeweils fünf Sterne – und den von Einstein vorausgesagten Effekt. Auch Andrew Grommelin in Nordbrasilien war erfolgreich. Auf den acht Fotoplatten erschienen die Sterne etwa um den vorausgesagten Wert verschoben.

Heute wissen wir, dass die Beobachtungen zu einem Gutteil von Messfehlern herrührten. Dennoch hatte Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie im Prinzip den ersten Test bestanden. „Revolution in der Wissenschaft“, lautete die Schlagzeile der Londoner Times am 7. November 1919. Einmal mehr hatten astronomische Beobachtungen unser Weltbild verändert.

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