Sonnenbeobachtung: Finsternisforscher hoffen auf freie Sicht

Von Jay M. Pasachoff

Eine totale Sonnenfinsternis, wie sie heute in Südeuropa stattfindet, enthüllt viele Details über unseren Zentralstern. Trotz moderner Satelliten hat die Beobachtung von Finsternissen nach wie vor eine große wissenschaftliche Bedeutung.

Totale Sonnenfinsternisse gehören zu den spektakulärsten und beeindruckendsten Naturphänomenen. Im Durchschnitt treten sie alle achtzehn Monate entlang einem schmalen Streifen irgendwo auf der Erdkugel auf. Ihre Dauer beträgt - abhängig davon, wo in dem Streifen sich der Beobachter befindet - zwischen wenigen Bruchteilen einer Sekunde und siebeneinhalb Minuten.

Eine totale Verfinsterung unseres Zentralsterns liefert von der Erde aus den besten Blick auf die Sonnenkorona. Diese extrem heiße, äußere Atmosphäre unserer Sonne gleicht einem geisterhaften Netz aus Schwaden ("plumes") und Bändern ("streamers"), deren Formen durch Magnetkräfte bestimmt werden.

Aus der Erforschung der Korona lässt sich viel über die Funktionsweise der Sonne ableiten. Sämtliche Energie, die unser Zentralgestirn abstrahlt, muss die Korona durchlaufen. Warum ihre Temperatur mehrere Millionen Grad Celsius beträgt, ist bis heute ungeklärt. Derzeit hält man den Energietransport über magnetische Felder für die wahrscheinlichste Ursache.

Zudem können wir durch die Untersuchung der Korona viel über die Bedingungen im erdnahen Weltraum lernen. Ihre äußeren Schichten gehen nahtlos in den interplanetaren Raum über, und zwar in Form des Sonnenwinds, eines Stroms aus geladenen Teilchen, der das gesamte Sonnensystem durchzieht.

Auf ferne Gestirne schließen

Heftige Ausbrüche auf der Sonne, beispielsweise Sonnenfackeln und koronale Massenauswürfe, können Polarlichter auslösen, den Funkverkehr beeinträchtigen sowie Stromnetze und Erdsatelliten stören. Veränderungen der Sonnenstrahlung wirken sich auch auf das irdische Wetter und Klima aus.

Außerdem ist unsere Sonne ein recht durchschnittlicher gelber Zwergstern. Wenn wir sie untersuchen, erhalten wir Informationen, die sich auf andere Sterne übertragen lassen.

Und schließlich bietet die Sonne als physikalisches Labor Bedingungen, die wir in absehbarer Zukunft auf der Erde nicht verwirklichen können. Ein Beispiel ist die geringe Dichte der Korona: Sie würde in jedem irdischen Labor als traumhaftes Vakuum gelten.

Die Korona ist ein heißes Plasma, also ein ionisiertes, elektrisch leitendes Gas. Das Magnetfeld der Sonne formt es im Bereich des Sonnenäquators zu schönen, ausgedehnten Bändern und nahe den Sonnenpolen zu zarten Büscheln, die während einer Finsternis gut zu sehen sind. Mit dem Verhalten heißer Plasmen in Magnetfeldern befasst sich die Magnetohydrodynamik, eine verzwickte Disziplin.

Viele Vorgänge im Universum, die den Gesetzen der Magnetohydrodynamik unterliegen, lassen sich nur schwer mit Computern modellieren, geschweige denn im Labor nachstellen. Es besteht aber ein großes Interesse daran, sie zu verstehen - insbesondere bei Plasmaphysikern, die in der Fusionsforschung arbeiten. Das Wissen um magnetohydrodynamische Prozesse könnte eines Tages unsere irdischen Kraftwerke revolutionieren. Kurz: Die Sonnenkorona ist so wichtig, dass man jede Gelegenheit nutzen sollte, sie zu untersuchen.

Observatorien im All

Warum sind natürliche Finsternisse immer noch wichtig für die Wissenschaft? Mittlerweile verfügen die Forscher doch über moderne, weltraumgestützte Sonnenteleskope, etwa den japanischen Röntgensatelliten "Yokkoh", den europäisch-amerikanischen Satelliten "Soho" (Solar and Heliospheric Observatory) oder den Nasa-Satelliten "Trace" (Transition Region and Coronal Explorer). Sie überwachen unseren Zentralstern kontinuierlich, auch bei jenen Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums, die die Erdatmosphäre verschluckt - zum Beispiel kurzwelliges Ultraviolett- oder Röntgenlicht. Keiner dieser Satelliten benötigt eine Finsternis, um die Korona zu beobachten: Sie tun dies rund um die Uhr.

Das Beobachtungsinstrument "Lasco" (Large Angle and Spectrometric Coronograph) an Bord des Soho-Observatoriums zum Beispiel besteht aus drei separaten Kameras, von denen jede eine lichtundurchlässige Abdeckung besitzt, um eine künstliche Finsternis zu erzeugen (siehe Fotostrecke). Die C1-Kamera dient dazu, die Korona zwischen 1,1 und drei Sonnenradien abzubilden, C2 erfasst den Bereich zwischen rund 2,2 und sechs Sonnenradien, C3 dient der Untersuchung der Korona im Abstand von ungefähr 4,5 bis dreißig Sonnenradien. Bei der C1-Kamera bedeckt eine kreisförmige Blende in der Brennebene des Teleskops die gleißende Sonnenscheibe.

Die beiden anderen Kameras haben ähnliche Blenden vor ihren Hauptlinsen. Um störendes Streulicht zu vermeiden, muss Lasco auch die innere, helle Korona abdecken - und zwar bis zu einem Abstand von mindestens 1,1 Sonnenradien vom Mittelpunkt unseres Zentralsterns. Doch dieser Bereich ist äußerst wichtig, weil von ihm der Sonnenwind ausgeht.

In den Soho-Bildern in der Fotostrecke fällt innerhalb der Sonnenblende ein Kreis auf. Er entspricht etwa der Sonnenoberfläche und zeigt, wie viel von der Korona verdeckt wird. Genau dieser Bereich lässt sich von der Erde aus während einer Finsternis beobachten. Irdische Koronografen auf hohen Bergen können zwar näher an den Sonnenrand blicken als Sohos Kameras, aber immer noch nicht so nahe, wie es während einer natürlichen Finsternis möglich ist.

Zudem besitzt die C1-Kamera die relativ grobe Bildauflösung von zwölf Bogensekunden. Während einer natürlichen Finsternis dagegen sind von der Erde aus Details mit Größen zwischen ein und zwei Bogensekunden erkennbar. C2 und C3 haben sogar noch schlechtere Auflösungen als C1: 25 Bogensekunden beziehungsweise zwei Bogenminuten.

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Gute Aussichten: Korona im Visier