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Sommer- und Wintersonnenwende eignen sich zum Beispiel hervorragend zum Bestimmen der Jahreszeiten; das wussten schon die Erbauer von Stonehenge. Anhand der Mondphasen sind die ersten Kalender entstanden. Man sollte nicht unterschätzen, wie sehr Menschen damals Himmelsbeobachtung internalisiert hatten, um sich einen Sinn aus ihrer Umgebung machen zu können.

Natürlich kann man auch am Tag nach oben gucken. Wolken haben ja auch was. Aber stellt euch mal vor, ihr befragt gerade das Wolken-Orakel danach, wen ihr als nächstes daten sollt und bekommt nur eine mittelmäßige Antwort.

Plötzlich fällt euch auf, dass es seltsam dunkel um euch herum ist; dunkler, als durch eine Wolke erklärbar. Licht, was durch das Laub eines nahe stehenden Baum fällt, wirft sichelförmige Schatten. Wind kommt auf und die Temperatur fällt plötzlich merklich um einige Grad. Es breitet sich eine merkwürdige Ruhe aus, während alle Vögel verstummen. Die Sonne ist komplett verschwunden und wurde ersetzt durch wenige, helle Sterne und einen außerweltlich wirkenden gelben Schimmer am Horizont; es ist kaum heller als in einer Vollmondnacht.

Ihr habt gerade etwas erlebt, was ihr nur aus Gerüchten kennt: eine totale Sonnenfinsternis. Und eure Dating Aussichten sind nach diesem Omen wohl eher finster.²

Von solchen Szenarien wimmelt es in unserer Geschichte nur so. In China wurde das Verschwinden der Sonne als überaus schlechtes Omen für die Dynastie bewertet und zahllose Astronomen waren damit beschäftigt, relevante Ereignisse zu sammeln und zu dokumentieren. Es gibt Belege, dass Sichtungen gefälscht wurden, um politisch Einfluss zu üben, was mit der Todesstrafe geahndet wurde. Die Chinesen waren mit ihrer Sorge aber nicht alleine. Ähnliche Praktiken lassen sich bei den Babyloniern, Christen, Maya und Azteken nachweisen.

Das kurzzeitige Verschwinden der Sonne am helllichten Tage hat also offenbar schon in der Antike viel Panik ausgelöst. Wenn ein Herrscher eine Vorwarnung für sein kosmisch ausgelöstes Ableben haben wollte, musste er sich also Gedanken machen, wie er Finsternisse vorhersagen kann. Nun haben Herrscher natürlich einen ungemein gefüllten Terminkalender, weswegen diese Aufgabe auf die Hofastronomen fiel, die bei gescheiterter Vorhersage sicher mit einem weitaus weniger kosmisch ausgelöstem Ableben rechnen konnten.

Das erste Problem, mit dem sich ein jetzt doch etwas verängstigter Hofastronom konfrontiert sieht, ist die Tatsache, dass Sonnenfinsternisse nicht besonders häufig passieren. Eine totale Sonnenfinsternis trifft einen bestimmten Ort nur alle paar hundert Jahre; das reicht sicher nicht für eine gute Statistik.³ Soll die Sonnenfinsternis lediglich partiell sein, dann kommt sie zwar öfter vor, aber ist bei weitem nicht so einfach zu bemerken, wenn man nicht wirklich sehr genau darauf achtet.

Die Lösung sind Mondfinsternisse. Verdunkelt sich der Mond, ist das von der ganzen Erde aus zu sehen, vorausgesetzt man befindet sich auf der Nachtseite. Schließlich wirft die Erde, auf der wir uns befinden⁴, ja selber den Schatten. Da man außerdem viel besser erkennen kann, um welchen Typ von Finsternis es handelt, eignen sie sich viel eher zum Studium durch antike Astronomienerds, auch wenn sie vielleicht etwas unspektakulärer erscheinen. Es stellt sich außerdem heraus, dass eine Mondfinsternis fast immer im zweiwöchigen Abstand zu einer Sonnenfinsternis auftritt. Mondfinsternisse treten im Schnitt zweimal im Jahr auf, genauso wie Sonnenfinsternisse, also oft genug um ausreichend viele zu vermessen. ⁵

Durch das genaue Beobachten und Dokumentieren von vielen dieser Mondfinsternisse konnten die Astronomen Muster erkennen. Alle 18 Jahre, 11 Tage und 8 Stunden tritt eine Finsternis auf, die der vorhergegangen sehr ähnlich aussieht. Die dadurch entstehende Gruppe aus Ereignissen ist als Saros-Reihe bekannt, wobei ein Saros die eben genannte Zeitspanne ist. Finsternisse in dieser Reihe sind nicht exakt gleich, sondern durchlaufen eine Art Entwicklung. Zuerst sieht man Penumbrale Finsternisse (wo der Mond im Halbschatten der Erde steht), dann partielle, totale, wieder partielle und penumbrale Finsternisse wonach der Zyklus dann endet. Ein vollständiger Saros-Zyklus dauert durchschnittlich insgesamt 1280 Jahre an, wobei immer mehrere gleichzeitig aktiv sind, da Finsternisse ja mit viel höherer Frequenz auftreten als nur alle 18 Jahre.

Das alles wussten schon die antiken Babylonier. Auch wenn das natürlich extrem beeindruckend ist, stammte deren Kenntnis über die Phänomene des Himmels aber nur aus puren Beobachtungen, ohne weitreichendes Verständnis für die tatsächliche Himmelsmechanik. Erst mit der Entdeckung der Gravitation und der Erkenntnis, wie das Sonnensystem aufgebaut ist, konnte man Finsternisse umfassend erklären.

Jetzt wird es ein bisschen technisch, aber ich wollte verstehen wie es genau funktioniert, und ihr seid doof genug das hier zu lesen, also weise ich jegliche Schuld von mir.

Damit es nun zu einer Sonnenfinsternis kommt, muss sich der Mond zwischen Sonne und Erde schieben, sodass alle drei Himmelkörper in etwa auf einer Linie liegen. Durch die gekippte Bahn ist das aber relativ unwahrscheinlich. Betrachtet man das Sonnensystem nämlich von oben, dann sieht man, dass die Knoten nicht immer Richtung Sonne zeigen. Da das aber die einzigen Punkte sind, an denen alle drei Körper in einer Ebene liegen, ist das ein notwendiges Kriterium für eine Finsternis. Eine solche Ausrichtung passiert nur etwa alle sechs Monate (was ich ehrlich gesagt immer noch recht häufig finde), wo dann fast immer eine Mond-/Sonnenfinsternis stattfindet

Alle diese Drehungen sorgen bei Astronomen nicht nur für ein chronisches Schwindelgefühl, sondern auch dafür, dass sie für die Vorhersage nicht nur einen Monatsbegriff, sondern gleich drei brauchen; und keiner davon ist die Art von Monat den ihr kennt.

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Um zu verstehen, warum wir diese Monate brauchen, schauen wir uns an was sie konkret mit einer (Sonnen-) Finsternis zu tun haben. Bei einer Sonnenfinsternis herrscht immer Neumond, da die Sonne ja nun mal eben von hinten auf den Mond scheint. Wann das nächste Mal Neumond ist, schreibt uns der synodische Monat vor. Wir haben außerdem gelernt, dass der Mond nahe einem Knoten seiner Bahn sein muss; wann das passiert gibt der drakonitische Monat vor. Die Größe des Mondes vor der Sonne, was über die Art der Sonnenfinsternis entscheidet, ist durch die Position auf seiner Bahn gegeben. Diese ist nach einem anomalistischen Monat wieder erreicht.

Wenn also ein synodischer, drakonitischer und anomalistischer Monat von einem Startdatum aus gerechnet genau zum gleichen Zeitpunkt enden, dann hat das System aus Erde, Mond und Sonne wieder genau die gleiche Anordnung inne. Wenn das gewählte Startdatum dann eine Sonnenfinsternis war, dann kann man sich also ziemlich sicher sein, dass nach dem Aufeinandertreffen der Monate eine weitere folgt. Mathematisch bildet man einfach das kleinste gemeinsame Vielfache der drei Zeiten. Die Periode die man bekommt, entspricht genau einem Saros, also der Periodizität, die auch schon die Babylonier beobachtet haben!

Vorhersagen im Altertum

Das ist alles natürlich immer noch eine recht oberflächliche Betrachtungsweise. Wenn man sich etwas mehr Mühe gibt, wozu ich beim besten Willen nicht die Energie habe, dann kann man auf die Sekunde genau bestimmen, wann und wo die nächste Sonnenfinsternis auf der Erde zu beobachten ist. Mit modernen Computern stellt das kein Problem dar, aber solche Berechnungen gibt es schon seit vielen Jahren.

Eines der bekanntesten Werke, der sogenannte „Canon der Finsternisse“ wurde schon 1887 von Theodor Oppolzer veröffentlicht. Dieses immens lange Buch enthält Daten von über 10.000 Sonnenfinsternissen zwischen 1207 v. Chr. und 2162 n. Chr.. Aber falls euch das noch nicht beeindruckt, könnt ihr darin ebenfalls Karten finden, auf denen der Pfad der Totalität präzise eingezeichnet ist – alles per Hand von nur 10 Menschen ausgerechnet!

Aber natürlich hat Oppolzer diesen ganzen Aufwand nicht zum Spaß betrieben. Gerade weil sich Menschen schon so lange für Sonnenfinsternisse interessieren eignen sie sich nämlich ausgezeichnet für die Altersbestimmung von überlieferten Aufzeichnungen. Oppolzer war überzeugt, dass „Diese Notizen fast allein es ermöglichen, die Chronologie des Altertums überhaupt in erträgliche Ordnung zu bringen“⁹.

Die Berechnungen eignen sich aber auch für andere Späße. Im antiken China der Shang Dynastie hat man die Zukunft vorhergesagt, indem man verschiedene Handlungsoptionen auf Knochen oder den Panzer einer Schildkröte geschrieben hat. Diese warf man dann ins Feuer, woraufhin sie zersprangen. Je nachdem welche Option vom Riss erwischt wurde, hatte man einen entsprechenden Rat von den Göttern erhalten. Da eine Sonnenfinsternis ein ernst zu nehmendes Ereignis darstellte, hat man das Orakel oft nach ihnen befragt. Die dabei verwendeten Knochen/Panzer wurden 3000 Jahre später im modernen China wiedergefunden. Sie belegen, dass es mehrere Sonnenfinsternisse gegeben hat, die vom heutigen Anyang aus sichtbar waren. Konsultation des Canons der Finsternisse ergibt allerdings, dass das gar nicht sein kann. Die entsprechenden Finsternisse sollten eigentlich tausende Kilometer entfernt stattfinden, wo sie die Chinesen niemals bemerken hätten können. Sofern die Chinesen sich die verschwundenen Sonnen also nicht ausgedacht oder schon 1000 v. Chr. über ein Weltreich geherrscht haben, ist die einzig mögliche Erklärung, dass sich die Erdrotation innerhalb der letzten 3000 Jahren verlangsamt hat. So würden sich die Orte der totalen Finsternis um die beobachtete Distanz verschieben. Die notwendige Verlangsamung kann man so auf etwa 47 Millisekunden pro Tag im entsprechenden Zeitraum (also 3200 Jahre) berechnen.

Wir können sogar sicher sein, dass uns die Chinesen bei ihren Aufzeichnungen nicht verarscht haben. Dafür benutzt man versteinerte Korallen, die vor über 300 Millionen Jahren gelebt haben. Korallen haben wie Bäume Jahresringe, aber diese sind noch einmal in täglicher Wachstumsringe unterteilt. Anstatt der erwarteten 365 Ringen pro Jahr findet man ganze 400. Ein Jahr hatte vor hunderten Millionen Jahren also gut 30 Tage mehr. Runtergerechnet stimmt das genau mit den 47 Millisekunden pro Tag überein, die man auch aus den chinesischen Aufzeichnungen rekonstruieren konnte.

Diese Idee ist auch garnicht so weit hergeholt. Tatsächlich wurde Helium genau so gefunden. Jedes Element absorbiert auf eine gewisse Weise Licht aus dem Spektrum der Sonne. Durch die zurückbleibenden dunklen Linien kann man so Aufschluss über die Zusammensetzung der Sonne erhalten. Man fand Linien die Wasserstoff zugeordnet werden konnten und noch zahlreiche andere. Aber einige konnte man nicht erklären und nannte das Element zu dem sie gehören mussten „Helium“ nach dem griechischem Wort für Sonne.

Die Hoffnung bei einer Sonnenfinsternis war nun, die äußerste Sonnenschicht, die Corona, isoliert betrachten zu können. Möglicherweise finden sich dort ja weitere chemische Elemente, die das Feuer der Sonne erklären können. Dafür haben einige Forscher immensen Aufwand betrieben und sind von Land zu Land gereist um Sonnenfinsternisse mit ihren Messinstrumenten zu jagen. Darunter war Maria Mitchell, die erste Astronomie-Professorin der Geschichte. Sie entdeckte einen nach ihr benannten Kometen und hatte immensen Einfluss auf die Frauenrechtsbewegung im 19 Jahrhundert. Ein anderer war David Todd, der eine orgelähnliche Monstrosität aus gleich 23 Teleskopen die er alle gleichzeitig bediente. Seine Frau Mabel Todd war im Übrigen die Publizistin, die Emily Dickinsons¹⁰ Arbeiten veröffentlicht ist.

Und tatsächlich haben diese ganzen Finsternis-Beobachter etwas gefunden! Irgendein mysteriöses Material produzierte grünes Licht, aber nur so wenig, dass es erst bei einer totalen Sonnenfinsternis sichtbar wurde. Dieses neue Material wurde daraufhin Coronium getauft.

Aber was ist dann das entdeckte Coronium? Weitere Studien der Sonne haben gezeigt, dass die Corona extrem heiß ist. Man findet dort Temperaturen von etwa einer Millionen Grad Celsius. Bei diesen Temperaturen verlieren die Atome ihre Elektronen, die für das Leuchten verantwortlich sind. Nur ein paar wenige bleiben zurück. Für diese wenigen verbleibenden Elektronen sind nun Übergänge möglich, die sonst nicht passieren, wodurch Atome in Farben leuchten, die auf der Erde untypisch sind. Das grüne Leuchten in der Corona kommt daher lediglich von geringen Mengen Eisen und ist leider kein Zeichen für ein sonderbares neues Element.

Wenn ihr selber mal mit eurer fahrenden Orgel eine Sonnenfinsternis fotografieren wollt, um vielleicht endlich Vibranium zu entdecken, dann solltet ihr dabei unbedingt auf eure Augen achten. Augenverletzungen passieren extrem schnell. Auf Hawaii gab es in den 60ern einen Vorfall, wo mehrere Dutzend Soldaten ihre Augen nicht genug beschützt haben. Unter den nicht ausreichenden Schutzmaßnahmen waren Farbfilme, Sonnenbrillen (mit dem Plural ist hier pro Person gemeint), Kameralinsen, zusammengekniffende Finger und verkohltes Glas. Das Gemeine daran ist, dass die Sonne erstmal dunkel genug wirken kann, aber unsichtbares und nicht heraus gefiltertes Infrarotlicht genauso viel Schaden anrichten kann. Die daraus resultierenden Augenverletzungen hätte man mit zertifizierten Filtern aus z.B. Aluminium verhindern können.¹¹

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Footnotes

1. Was ich viel zu viel tue, weswegen ich auch nie etwas hier poste. ↩︎
2. hahahaahhahahahahahaha ↩︎
3. Außer ihr studiert Physik. ↩︎
4. Wenn nicht, dann schreib mir ne mail. Ich würde gerne mal extraterrestrische Post bekommen. ↩︎
5. Warum das passiert und woher die zwei Wochen Abstand kommen, dazu später mehr. ↩︎
6. Grund dafür ist die Drehimpulserhaltung. Das Sonnensystem ist aus einer mehr oder weniger kugelrunden Wolke entstanden, die sich leicht um eine Achse gedreht hat. Stöße zwischen Teilchen entlang der Achse sorgen mit der Zeit dafür, dass die Wolke zu einer Scheibe wird, weil sich die Impulse gegenseitig aufheben. In Drehrichtung kann das nicht passieren, weil eben der Drehimpuls bei den Stößen erhalten bleiben muss. ↩︎
7. Es gibt auch noch den siderischen Monat, der mit dem Fixsternhimmel zu tun hat, aber den brauchen wir hier nicht. Er liegt von seiner Dauer zwischen drakonitischem und anomalistischem Monat, was durch die Bewegung der Apoapsis und Periapsis erklärbar ist. ↩︎
8. Als wären diese ganzen Monatsbegriffe nicht schon schlimm genug, handelt es sich bei den Zeitangaben auch nur um Mittelwerte, die tatsächlichen Zeiten schwanken. ↩︎
9. Aus dem Canon der Finsternisse, Link ↩︎
10. Eine sehr bekannte Dichterin, du laufende Bildungslücke. ↩︎
11. Und solltet ihr gar keinen Augenschutz findet, könnt ihr euch auch online den Strommix ansehen. Da kann man nämlich wundervoll sehen, wie der Solaranteil während der Finsternis komplett zusammenbricht. Mir hat neulich jemand erklärt, dass die Erzeuger in Deutschland per Telefon informiert werden, wenn es mehr Strom braucht. Klingen nach ein paar echt stressigen Minuten. Ist aber alles recht problemlos machbar, falls das hier jemand als Kritik an Solar auffasst. ↩︎