Unterlagen und Erfahrungsberichte für den/die Lehrer/in und die Klasse
| Autor/inn/en: | |
| Publikation: | 22.9.2005 |
| Lernstufe: | 3 |
| Übersicht: |
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| Herkunft: | La main à la pâte, Paris |
Simulationen und Wirklichkeit
Es muss hier darauf hingewiesen werden, dass es bei den Simulationen einer Sonnenfinsternis vor allem darum geht, den Mechanismus zu erklären und nicht um eine genaue Beschreibung. Die Schatten der Gegenstände, die den Mond repräsentierenden, haben nämlich im Verhältnis zu den Gegenständen, die die Erde repräsentieren, stets einen zu großen Durchmesser. Um zu verhindern, dass die Kinder ein – zwar nicht falsches aber – unproportioniertes Bild des wirklichen Vorgangs im Kopf behalten, wird die/der Lehrende die Schüler/innen zum Beispiel davon abbringen, die Erdkugel auf die große Bristolpapierscheibe des "Schlüsselloch-Versuchs" zu zeichnen. Genauso wenig sollte für die Simulation die im Klassenzimmer hängende Weltkarte benutzt werden, wenn der Mond die Größe eines Balls hat.
Da ja die Sonne sehr weit vom Mond und dieser sehr weit von der Erde entfernt ist, sollte die/der Lehrende darauf hinweisen, dass der Schatten des Mondes auf der Erde nur ein sehr kleines Gebiet unseres Planeten verdunkelt. Sie/er kann die Größenverhältnisse veranschaulichen, indem sie/er mit der Spitze eines wieder wegwischbaren schwarzen Filzstiftes einen Punkt auf die Weltkarte zeichnet. Dann sollte sie/er zeigen, dass beim Halbschatten genau das Gegenteil geschieht. Dessen Gebiet erstreckt sich nämlich sehr weit um den Schatten herum. Mit einem helleren Filzstift wird nun um den Punkt herum ein Kreis mit einem Durchmesser von etwa 8 bis 10 Zentimeter gezogen und ausgemalt. Schließlich weist die/der Lehrende darauf hin, dass sich der Streifen mit totaler Finsternis auf der Weltkarte auf eine einfache Linie reduziert.
Fotos der Sonnenkorona
Im Gegensatz zu ihren ersten Interpretationen von Bildern einer Mondfinsternis, werden die Kinder nun die zahlreichen Fotos von Sonnenfinsternissen auf Anhieb ziemlich richtig deuten. Insbesondere werden sie die partielle Sonnenfinsternis jetzt nicht mehr mit einem zunehmenden Mond verwechseln.
Zunächst werden ihnen die Aufnahmen mit den "wirklichen" Farben vorgelegt.
Foto 1
Dann diejenigen, die mit verschiedenen Filtern aufgenommen wurden:
Foto 2
Die Sonnenkorona, aufgenommen in Markovo (Ost-Sibirien), während der totalen
Finsternis am 22. Juli 1990 unter Verwendung eines neutralen
radialen Filters (Copyright: Universität Kiew-CNRS)
Schließlich werden die Aufnahmen in Falschfarbendarstellung gezeigt, die die Temperaturgradienten wiedergeben.
Foto 3
Auf Bildern der Sonnenkorona werden unterschiedliche Details hervorgehoben. Auf dem Foto 2 ist zum Beispiel deutlich die Struktur des Strahlenkranzes zu sehen. Die Kinder werden auch die Protuberanzen erkennen, riesige Materieströme, die manchmal bis in eine Höhe von 500 000 km geschleudert werden und – zum Teil – wieder in majestätischen Bögen zurückfallen. Weiterhin werden sie sich vielleicht über diese "kleinen Lichtkügelchen am Rand der schwarzen Sonne" (die so genannten Baily'schen Perlen) wundern. Wenn sie es allerdings geschafft haben, dieses Phänomen bei dem Versuch mit der geschlossenen Faust vor der Lampe zu simulieren, werden sie unschwer die Rolle der Mondberge verstehen können, die sich am Rand der Sonnenscheibe befinden.
Man kann wieder das gleiche Spiel wie bei der Mondfinsternis spielen: Verschiedene Fotos, die den Ablauf einer Sonnenfinsternis in ihren verschiedenen Phasen zeigen, müssen chronologisch sortiert werden.
Ablauf der Finsternis vom 11. August 1999
Erst im Jahr 2081 werden die Pariser ihre erste totale Sonnenfinsternis des 21. Jahrhunderts sehen! Um so wichtiger war es, die letzte Finsternis des 2. Jahrtausends nicht zu verpassen. Sie konnte etwas nördlich von der französischen Hauptstadt beobachtet werden. Wer allerdings nicht bis 2081 auf die nächste Sonnenfinsternis warten möchte, muss verreisen, zum Beispiel an Bord eines Flugzeugs einer US-amerikanischen Gesellschaft, das speziell für diesen Zweck gechartert wird, eine immer häufigere Praxis. In vielen Ländern organisieren auch die astronomischen Gesellschaften solche Reisen – entsprechend seriös und kompetent.
Hier noch mal einige Informationen zur Sonnenfinsternis vom 11. August 1999: Die folgende Abbildung zeigt, dass sich der Streifen mit der totalen Finsternis von Cherbourg bis Straßburg erstreckte und dabei auch große Städte wie Le Havre, Rouen, Reims und Metz berührte [Anmerkung der Übersetzer: Die totale Finsternis war auch im deutschsprachigen Raum in Süddeutschland und Österreich zu beobachten, so z.B. in Saarbrücken, Karlsruhe, Stuttgart, München, Salzburg, siehe auch diese Karten]. Nördlich und südlich dieses Streifens war die Finsternis nur partiell (90-99%). Noch weiter im Süden, bis hin zu den Pyrenäen, war die Sonnenscheibe immerhin noch zwischen 80 und 90% verdunkelt.
Im Folgenden ist angegeben, zu welchen Zeiten sich entlang dieses Bandes der
totalen Sonnenfinsternis der Kernschatten des Mondes befand.
Um 12.16 Uhr (Ortszeit) erreichte die Spitze des vom Mond projizierten
Schattenkegels (nachdem sie den Nordatlantik durchquert und Cornwall gestreift
hatte) zunächst Cherbourg und nur 3 Minuten später bereits Le Havre!
Anschließend wanderte der etwa 100 km breite elliptische Schattenfleck
nach Rouen und war um 12.23 Uhr rund 30 km nördlich von Paris. (Die
Bewohner von Paris erlebten zwar eine 99,2-prozentige partielle Finsternis,
sie sahen jedoch nichts von dem, was im Folgenden beschrieben ist, da die
Sonne bei ihnen nicht völlig verdunkelt war!) Der Fleck sauste dann nach
Osten, tauchte Reims, dann Metz und schließlich Straßburg jeweils fast zwei
Minuten lang in nächtliche Dunkelheit. Schon um 12.32 Uhr überquerte der
Schatten die Grenze nach Deutschland. Er setzte seine Reise durch Deutschland,
Österreich, Ungarn, Bulgarien, die Türkei, den Iran und Pakistan fort, um
schließlich im Golf von Bengalen zu enden. Damit hatte er in 3 Stunden
und 7 Minuten insgesamt 14 000 Kilometer überflogen, mit einer
Durchschnittsgeschwindigkeit von mehr als einem Kilometer in der Sekunde.
Partielle Phase einer totalen Sonnenfinsternis
Am Anfang läuft zunächst alles wie bei einer normalen partiellen Finsternis ab. Sobald die Sonnenscheibe jedoch zu mehr als 70% verdunkelt ist, nimmt die umgebende Helligkeit deutlich ab, so dass der Eindruck eines sich zunehmend bewölkenden Himmels entsteht. Ab dem Zeitpunkt, zu dem die Sonne zu 90% verdeckt ist, nimmt die Helligkeit sehr stark ab und auf der Landschaft liegt eine ganz besondere bleierne Dunkelheit. Gleichzeitig sinkt die Temperatur deutlich und Wind kommt auf. Die Vögel, durch den Vorgang beunruhigt, fangen laut an zu zwitschern. Jetzt geht alles sehr schnell.
Ungefähr eine Minute vor der Phase der totalen Finsternis kann sich (wie am 11. August 1999 geschehen) ein sehr seltsames Phänomen ereignen, das man auf dem Boden (falls er sehr hell ist) oder auf weißen Oberflächen (Mauern oder aufgehängten Tüchern) beobachten kann. Es tauchen seltsame, parallele, alternierend dunkle und helle Streifen auf, die sich zu bewegen scheinen. Man nennt sie "fliegende Schatten", ein sehr treffender Name! Sie haben ihren Ursprung in der Inhomogenität der von den Sonnenstrahlen durchquerten Atmosphäre und im aufkommenden Wind.
Phase der totalen Sonnenfinsternis
Hier ist die Erzählung dieses unvergesslichen Augenblicks, wie ich ihn am 11. August 1999 etwas nördlich von Beauvais – dank einer kurzfristigen Wolkenlücke – erlebt habe.
12.21 Uhr, die Spannung steigt: "Hurra! Jetzt geht’s los!" Kein riesiger Schatten, der vom Horizont her herbeieilt, aber eine herrliche Nacht im Dämmerlicht, das sich in wenigen Sekunden eingestellt hat. Der Himmel ist jetzt in ein prächtiges, tiefes Dunkelblau getaucht. In der Ferne, entlang des gesamten Horizonts, umgeben uns die herrlichen Farben eines Sonnenuntergangs, oder besser gesagt eines Untergangs von Tausenden von Sonnen. Unseren Freudenrufen folgt nun ein beeindruckendes Schweigen: Jeder ist plötzlich mit sich allein und begegnet in wunderbarer Weise dem unendlichen Universum.
Mit konzentrierter Aufmerksamkeit betrachte ich die außergewöhnliche Erscheinung am Himmel: Rund um eine völlig schwarze Scheibe erstreckt sich in alle Richtungen ein breiter, diaphaner Kranz aus zart silbrigem Weiß, dessen Pracht keine Aufnahme dieser Welt wiedergeben könnte.
Nicht weit von der verfinsterten Sonne entfernt, etwas unterhalb von ihr, funkelt ein Stern mit all seiner Leuchtkraft: der Planet Venus! Auch der Planet Merkur müsste sichtbar sein, allerdings schwächer. Da ich weder Merkur noch andere Sterne entdecken kann, wende ich meinen Blick wieder zu der großartigen Erscheinung.
Meine Augen, die sich inzwischen an die Dunkelheit gewöhnt haben, werden angezogen von winzigen leuchtend rosa Auswüchsen, die am Rand der schwarzen Scheibe verteilt sind: "Die Protuberanzen!" Das sind riesige Fontänen aus Sonnenmaterie, die manchmal in herrlichen Bögen zurückfallen, unter denen unser Planet locker durchpassen würde. Ich habe meine Brille abgenommen und mein 8x30-Fernglas in die Hand genommen, das ich im Frühjahr gekauft habe um Vögel zu beobachten: Plötzlich bin ich dem verdunkelten Stern viel näher, und werde zum Überraschungszeugen seiner kurzen vertraulichen Begegnung mit dem Mond. Ich versuche, mich so wenig wie möglich zu rühren, denn die kleinste Bewegung lässt die Vision erzittern. Die Protuberanzen sind prächtig, vor allem eine an der unteren Seite, sehr eindrucksvoll...
Und wie mein Blick nun zur Korona gleitet, bekomme ich einen Schock: Nein, das ist ja gar nicht möglich, und doch: Feine geschmeidige, perlmuttfarbene Streifen mit zarter Ausstrahlung durchziehen die Sonnenkorona und verleihen dem Ganzen diesen charakteristischen Eindruck von "Pinselstrichen", die ich bereits auf zahlreichen Aufnahmen bewundert habe: "Die Koronastrahlen!" Sie machen auf ihre Weise die ungeheure Aktivität unseres Sterns deutlich. Niemals hätte ich gedacht, dass man sie mit so einfachen Ferngläsern so gut sehen kann.
Innerlich juble ich, aber die Sekunden verstreichen unerbittlich. Plötzlich erscheint eine scharlachrote Borte am rechten Rand der schwarzen Scheibe: "Die Chromosphäre!" Das ist die untere Atmosphäre der Sonne, aus der gerade eine riesige "Perle" aus sehr intensivem Licht herauszubrechen scheint, wunderbar glänzend, wie ein himmlischer Diamant: "Eine Baily'sche Perle!"
Diese Perlen tragen den Namen eines Astronomen, der auch ihre Ursache als erster erkannt hat: Gebirge auf dem Mond verleihen dem rechten Rand der Sonne Zacken, zwischen denen ein paar Sonnenstrahlen durchkommen, bevor die gesamte Sonne wieder auftaucht. Ein grandioses Abschiedsgeschenk!
31. Juli 1981. Etwa hundert Sekunden lang ist es mitten am Nachmittag plötzlich Nacht in der Gegend von Zelinograd (heute Astana) in Kasachstan (Quelle: Serge Koutchmy, IAP-CNRS)
Sofort wird es blendend hell, die blaue Nacht und die herrliche Vision sind mit einem Schlag wie weggefegt. Ich schließe die Augen, im doppelten Sinne geblendet. Als ich sie wieder öffne, tauche ich wieder in eine seltsame metallfarbene Klarheit ein: glücklich, selig, aber starr vor Kälte.
Das Wiederauftauchen der Sonne
Achten Sie darauf, dass Sie nicht mehr Richtung Sonne schauen – vor allem wenn Sie durch ein Fernglas blicken – sobald auf der rechten Seite der Sonnenscheibe wieder Licht zu erkennen ist! In diesem Augenblick endet die Phase der totalen Finsternis. Dem Beobachter mag die Zeit sehr kurz erschienen sein, gleichzeitig ist er sich dessen bewusst, etwas Außergewöhnliches erlebt zu haben, das er nie vergessen wird. Aus diesem Grund, ist das Ereignis einer totalen Finsternis wirklich eine Reise wert, auch wenn man damit rechnen muss, dass einem das Wetter in letzter Sekunde einen Strich durch die Rechnung macht.
Die Beobachter, die sich am 11. August 1999 nicht in dem Streifen mit totaler Finsternis befanden, konnten zumindest eine partielle Finsternis von – je nach Standort – 80-99% Verdunkelung erleben. Auch am 3. Oktober 2005 gab es wieder eine partielle Sonnenfinsternis.
Beginn einer partiellen Finsternis
Die Kinder, die kurz vor Beginn des Schauspiels versammelt werden, werden erstaunt feststellen, dass der Mond am Himmel nicht zu sehen ist. Das ist völlig verständlich, denn der Neumond ist immer unsichtbar, sowohl am Tag als auch in der Nacht! Tagsüber ist er unsichtbar, weil die uns zugewandte dunkle Seite aufgrund des Sonnenlichts und der Atmosphäre die Farbe des Himmels annimmt und somit "verschwindet". Die Kinder werden sich bei dieser Gelegenheit daran erinnern, dass die Nachtseite des zunehmenden Mondes (im ersten Viertel, bei Halb- und bei Dreiviertelmond) nie sichtbar ist (außer wenn es zum Erdschein-Phänomen kommt, d.h. wenn die Erde etwas Sonnenlicht zum Mond zurückwirft und der Mond in aschgrauem Erdlicht erscheint).
Wenn die/der Lehrende ein paar Informationen über den "ersten Kontakt" von Mond- und Sonnenscheibe sammeln konnte (insbesondere darüber, wo er exakt stattfinden wird), so wird sie/er rechtzeitig, ein paar Minuten vorher, die Filter herumgehen lassen. Da sich der Mond in Wirklichkeit von West nach Ost bewegt, wird dieser erste Kontakt auf der rechten Seite der Sonne erwartet, wobei er erst ein bis zwei Minuten später wirklich sichtbar wird. Die/der Lehrende weist die Kinder nun darauf hin, dass sie sich jetzt im Kegel des Mond-Halbschattens befinden. Sie werden wahrscheinlich darüber erstaunt sein, dass es "immer noch so hell" ist; die/der Lehrende kann sie dann daran erinnern, dass bei den Simulationen die Halbschattenbereiche ebenfalls sehr hell waren.
Der Ablauf der Finsternis
Im Verlauf der Finsternis wird sich die Einkerbung der Sonne stetig vergrößern. Entsprechend wird der helle Teil immer kleiner. Es entsteht der Eindruck, als schaukle die Sonnensichel beim Durchgang des Mondes von einer Seite zur andern (siehe Abbildung). Schließlich sei darauf hingewiesen, dass der Mond während des gesamten Vorgangs unsichtbar bleibt, unabhängig davon, wie groß die von ihm während einer partiellen Finsternis verdunkelte Fläche der Sonne ist. Der eingekerbte Teil (selbst wenn er 99% der Fläche umfasst) hat stets die Farbe des umgebenden Himmels. Dies bedeutet, dass nur bei einer 100prozentigen Verfinsterung die im Folgenden dargestellten Phänomene zu beobachten sind. Solange die Sonnenscheibe weniger als zu dreiviertel verdunkelt ist, ändert sich auch kaum etwas an der umgebenden Helligkeit. Nun können mit den Schüler/inne/n einige sehr interessante Aktivitäten durchgeführt werden.
