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Erhellendes zum Thema Sonnenfinsternis
Die überraschend anderen Reize der Sonne
Prof. Dr. Arnold Benz
Institut für Astronomie
ETH Zürich
Bis auf wenige Prozente wird am 11. August von der Schweiz aus gesehen der Mond die Sonne abdecken. Die Verdeckung ist zwar mehr als durchschnittlich in einer partiellen Sonnenfinsternis, wie sie alle fünf bis zehn Jahre hierzulande zu sehen ist, aber leider ist sie nicht vollständig. Wenn der Mond die Sonnenscheibe total verdeckt, kommt nämlich etwas anderes zum Vorschein: die Korona. So nennt man die äussere Atmosphäre der Sonne. Sie leuchtet eine Million mal schwächer als die Sonnenscheibe und ist wegen des Streulichtes durch die Erdatmosphäre selbst bei einer 98%-igen Verdeckung der Scheibe noch nicht sichtbar. Es ist diese Korona (lateinisch für Krone) der Sonne, über welche bereits Philostratus und Plutarch fasziniert berichteten und die in noch viel früheren Zeiten in spanischen Höhlenmalereien und Felszeichnung in Arizona festgehalten wurde. Die Korona kann von blossem Auge gesehen werden und leuchtet wie ein Brillant am dunklen Nachthimmel.
Die letzte totale Sonnenfinsternis in der Schweiz fand am 11. Mai 1724 statt, die nächste wird erst am 3. September 2081 zu sehen sein. Nicht so lange warten muss, wer sich jetzt die Mühe macht und die Totalitätszone aufsucht, ein rund hundert Kilometer breiter Streifen, der von Südengland über Karlsruhe, Stuttgart, München, Salzburg nach Indien verläuft. Totale Sonnenfinsternisse finden auf der Erde ein bis zweimal pro Jahr statt, meistens aber in unzugänglichen oder weit entfernten Regionen. Die Finsternis vom 11. August wird, schönes Wetter vorausgesetzt, die grösste Zuschauermenge in der Geschichte live erreichen.
Der Grund für die riesige Ausdehnung der Korona war lange ein Rätsel. Sie ragt mehr als einen Sonnenradius über die Oberfläche hinaus und geht dann in den Sonnenwind über, der sich weit über die Erdbahn hinaus ausdehnt. Die Erde ist in dieses Gas der Korona eingehüllt. In totalen Sonnenfinsternissen wurden in den 1930er Jahren Spektrallinien entdeckt, welche nur aus einem Gas stammen können, das über eine Million Grad heiss ist. Die hohe Temperatur erzeugt einen grossen Druck, und dieser erklärt die immense Ausdehnung. Aber er gibt zugleich ein neues Rätsel auf: Wie kann die Atmosphäre viel heisser sein als die nur rund 6000 Grad warme Sonnenoberfläche?
Seit der ersten Temperaturbestimmung ist der Heizungsprozess der Sonnenkorona einer der wichtigsten und schwierigsten Knacknüsse der Astrophysik geblieben. Im Laufe der Jahrzehnte wurden drei Dutzend Theorien aufgestellt. Einen grossen Fortschritt an Erkenntnissen brachte der europäische Sonnensatellit SoHO, an dem sich auch die NASA beteiligt und zu dem Schweizer Forschungsinstitute in Bern, Davos und Zürich sehr viel beigetragen haben.
Das erdnahe Raumwetter wird fast gänzlich von Veränderungen in der Sonnenkorona bestimmt. Bereits ab einer Höhe von 100 Kilometern über der Erdoberfläche sind Satelliten und Raumsonden den Launen der fernen Korona ausgesetzt. Sie beschleunigt Teilchenströme, schickt Stosswellen und verursacht Nordlichter. Sie beschädigt aber auch die Elektronik von Satelliten und erhöht deren Luftwiderstand.
Aus der Übergangsschicht zwischen Korona und den unteren Schichten der Sonnenatmosphäre stammt die meiste Ultraviolettstrahlung der Sonne. Sie hat Sonnenbrand und Schlimmeres zur Folge. Jüngere, schneller rotierende Sterne als die Sonne besitzen eine dichtere Korona und strahlen viel intensiveres UV-Licht. Man schätzt, dass die Sonne zur Zeit der Entstehung des Lebens auf der Erde eine rund hundertmal stärkere UV-Strahlung erzeugte. Wahrscheinlich war das ebenso wichtig für die Entstehung des Lebens, wie heute die glücklicherweise geringere Dosis für die Erhaltung des Lebens.
Am Institut für Astronomie der ETH Zürich werden die Vorgänge in der Korona seit über fünfzig Jahren erforscht. Bekannt waren die jährlichen Finsternisexpeditionen in alle Welt in den Jahren 1950 bis 1980. Nachher wurde es möglich, Sonnenfinsternisse auf Satelliten künstlich zu erzeugen. Neue Messmethoden, von Radiowellen bis Röntgenstrahlen, kamen hinzu. Die Koronaforschung blieb ein wichtiger Zweig. Kürzlich konnte eine Forschungsgruppe der ETH unter Prof. Arnold Benz mittels SoHO Beobachtungen nachweisen, dass die Korona impulsiv und nicht gleichförmig geheizt wird. Kleine Explosionen erwärmen Material der unteren Atmosphärenschicht auf anderthalb Millionen Grad und schleudern dieses hoch. Diese Explosionen scheinen nach dem gleichen Muster abzulaufen wie die Millionen Mal grösseren Eruptionen in aktiven Gebieten über den bekannten Sonnenflecken. Die Energie stammt vermutlich aus instabilen elektrischen Strömen, aber die physikalischen Prozesse, wie sie in Eruptionen ablaufen, sind noch grösstenteils unbekannt. Im kommenden Maximum der Sonnenaktivität im Jahre 2001 werden sie im Detail untersucht, u.a. mit dem Radioteleskop der ETH in Gränichen (AG) und dem amerikanisch-schweizerischen Röntgensatelliten HESSI.
Es ist sehr gefährlich, mit ungeschützten optischen Instrumenten in die Sonne zu schauen. Schon bevor sich das Auge reflexartig schliesst, entsteht ein bleibender Schaden. Feldstecher und Fernrohre braucht es nicht zum Beobachten einer Sonnenfinsternis. Besonders aufpassen muss man auch mit Suchfernrohren und Suchern an der Kamera beim Fotografieren und dem Einrichten während der partiellen Phase.
Selbstgefertigte Filter, wie geräucherte Gläser, geschwärzte Filmstreifen oder CDs geben keinen garantierten Schutz. Nur spezielle Schutzbrillen, wie sie öffentliche Sternwarten, Astronomievereine und Apotheken anbieten, können empfohlen werden. Da die partielle Phase, während der man diese Hilfsmittel brauchen kann, zweimal 80 Minuten dauert, genügt eine Brille pro Familie vollauf.
Die Sonnenkorona ist bei weitem das heisseste Objekt, das man von Auge sehen kann. Ihre glitzernde Schönheit lohnt die Reise.