Vorbereitende Aktivitäten für die/den Lehrenden und die Schüler/innen
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| Publikation: | 22.9.2005 |
| Lernstufe: | 3 |
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Es werden Experimente vorgeschlagen, auf die sich die/der Lehrende
stützen kann, um in ihrer/seiner Klasse entsprechende Aktivitäten zu
organisieren. Mit einer Taschenlampe können Simulationen durchgeführt werden, die es den Schüler/inne/n erlauben, die bei einer Sonnenfinsternis auftauchenden Phänomene selbst nachzustellen und vorauszusagen.
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| Herkunft: | La main à la pâte, Paris |
Wenn man mir von Finsternissen erzählen würde
Heutzutage scheinen das breite Publikum und die Astronom/inn/en das schöne Schauspiel einer simplen Mondfinsternis gleichermaßen zu schätzen. Um das beeindruckende Ereignis einer vollständigen Sonnenfinsternis zu beobachten, das viel seltener vorkommt und nur von bestimmten Orten der Erde aus zu sehen ist, machen sich ganze Massen von Liebhaber/inne/n auf die Reise.
Aber worum handelt es sich genau? Eigentlich ist es sehr einfach. Damit die Verfinsterung eines Gestirns stattfindet, d.h. damit der Eindruck erweckt wird, dass es mehr oder weniger dunkel wird, ja sogar verschwindet, sind drei Teilnehmer nötig, die sozusagen Verstecken spielen: Man braucht dazu eine Lichtquelle und zwei Gegenstände, die alle drei so auf einer Linie liegen, dass einer der Gegenstände sich zwischen dem anderen Gegenstand und der Lichtquelle befindet.
Abb. 1
Wie Abb. 1 zeigt, gibt es in diesem Fall zwei Möglichkeiten. Wenn es sich bei den drei Teilnehmern um Sonne, Erde und Mond handelt, erlebt ein/e Beobachter/in auf der Erde (Fall A) eine Mondfinsternis: Der Mond, der hinter unserem Planeten "versteckt" ist, wird nicht mehr von den Sonnenstrahlen erhellt. Im Fall B erlebt der/die Beobachter/in eine Sonnenfinsternis: Von der Sonne, die vom Mond "versteckt", besser gesagt verdeckt wird, ist nur noch die Corona sichtbar. An dieser Stelle sei daran erinnert, dass eine Sonnenfinsternis nur aufgrund eines bemerkenswerten Zufalls zu beobachten ist: Von der Erde aus gesehen sind Sonne und Mond fast gleich groß ... Warum? Weil der Mond, dessen Durchmesser in Wirklichkeit 4000 mal kleiner als derjenige der Sonne ist, gleichzeitig 400 mal näher an der Erde ist!
Totale Finsternis einer Lampe
Es soll mit Hilfe von Kopf und Faust eine "Finsternis einer Lampe" simuliert werden.
Setzen Sie sich in einem abgedunkelten Zimmer vor eine nicht zu starke Lichtquelle, die die Sonne darstellt (eine schwenkbare Bürolampe zum Beispiel). Ihr Kopf ist die Erde, ihr Auge ein/e sich auf der Erde befindliche Beobachter/in und ihre rechte Hand, zur Faust geballt, der Mond.
Setzen Sie sich mit Blick auf die Lampe, so dass Ihr Gesicht auf derselben Höhe wie die Lampe ist. Heben Sie nun ihre rechte Faust langsam nach oben und bewegen Sie sie nach links, bis sie den Rand der Lampe zu berühren scheint. Nun erscheint die Faust nicht mehr beleuchtet: es ist Neumond. Schließen Sie nun das linke Auge und lassen Sie Ihre Faust langsam vor der Lampe vorbeiziehen. Sobald die Lampe für ihr rechtes Auge völlig verdeckt ist, handelt es sich um eine totale Finsternis der Lampe: dies entspricht der Simulation einer totaler Sonnenfinsternis.
Möglicherweise sehen Sie trotzdem noch etwas Licht um ihre Faust herum. Es handelt sich dabei um die Corona der Sonne, die in den wenigen (fünf, höchstens sechs) Minuten während einer totalen Finsternis sichtbar wird. Wenn der Rand der Lampe und die hervorstehenden Mittelhandknochen Ihrer Faust auf gleicher Höhe sind, sehen Sie, wie das Licht zwischen den von den Gelenken gebildeten Höckern durchscheint. Das gleiche geschieht mit den an der Mondperipherie gelegenen Gebirgen. In den Tälern zwischen den Mondbergen erscheinen sehr helle Lichtflecken: die "Baily'schen Perlen".
Totale Finsternis: an einem bestimmten Ort sichtbar
Nehmen Sie nun einen Handspiegel in die linke Hand und wiederholen Sie die Simulation der von Ihrem rechten Auge gesehenen totalen Sonnenfinsternis. Blicken Sie nun in den Spiegel: Der von Ihrer Faust bewirkte Schatten befindet sich genau auf Ihrem geöffneten Auge (falls er Ihr geschlossenes linkes Auge berührt, verändern Sie die Stellung der Faust oder reduzieren Sie den Umfang des Schattens, indem Sie die Faust näher zu Ihrem Gesicht bewegen). Lassen Sie Ihre Haltung nun unverändert, schließen Sie jedoch das rechte Auge und öffnen Sie Ihr linkes Auge: Dieses Auge sieht nun die Lampe unverdeckt, die Finsternis ist von ihm nicht zu erkennen. Dadurch wird deutlich, dass im Gegensatz zu einer Mondfinsternis die Sonnenfinsternis nur von einer bestimmten, nicht sehr ausgedehnten Stelle (hier: Ihrem rechten Auge) aus erkennbar ist. Diese Stelle entspricht der Fläche, die der Kegel des Mondschattens auf der Erde bildet. Diese Fläche ist leicht elliptisch und von unterschiedlicher Größe. Sein Durchmesser ist nie größer als 200 Kilometer.
Partielle Finsternis der Lampe
Am Schluss unserer Versuchsanordnung steht die Simulation einer partiellen Finsternis an. Ihr weiterhin geschlossenes linkes Auge sieht im Spiegel, wie der Schatten Ihrer Faust Ihr rechtes, geschlossenes Auge bedeckt. Bewegen Sie nun die Faust langsam nach links, so dass sie die Lampe teilweise verdeckt. Wenn Sie in den Spiegel blicken, erkennen Sie, dass der Schatten der Faust jetzt Ihr linkes Auge zum Teil bedeckt. Die Pupille befindet sich im Grenzbereich, d. h. im Halbschatten Ihrer Faust. Dies zeigt, dass ein Beobachter auf der Erde eine partielle Sonnenfinsternis erleben kann, falls er sich im Halbschatten des Mondes befindet.
Der Halbschatten, der den eigentlichen Schattenkegel umgibt, ist sehr ausgedehnt, er hat einen mittleren Durchmesser von 7000 Kilometer! Weil diese Zone – die die Zone der totalen Finsternis stets begleitet – über eine große Oberfläche am Boden "hinwegfegt", ist verständlich, warum an einem gegebenen Ort häufiger partielle Finsternisse zu beobachten sind als totale Finsternisse. Es kann auch geschehen, dass der Mond etwas zu hoch oder zu tief an der Sonne vorbeizieht, so dass die Spitze des Schattenkegels die Erde nicht streift. Auf der Erde befindet sich dann kein Gebiet mit totaler Finsternis, sondern nur eine große Halbschattenzone. Eine partielle Finsternis ist natürlich weitaus weniger eindrucksvoll als eine totale Finsternis, vor allem dann, wenn die Sonne vom Mond nur wenig verdeckt wird, also lediglich etwas "angefressen" erscheint. Dennoch können mit diesem Phänomen äußerst interessante Versuche und Beobachtungen durchgeführt werden.
Da die Bahn der Erde um die Sonne leicht elliptisch ist, kann es schließlich auch geschehen, dass der Mond – obwohl er mit Erde und Sonne auf einer Linie liegt – etwas zu weit von der Erde entfernt vorbeizieht. Unser Planet wird dann nur vom Kegel seines Halbschattens berührt. Der scheinbare Durchmesser der Mondscheibe ist in diesem Fall etwas kleiner als derjenige der Sonne, deren Rand in Form eines Rings sichtbar bleibt. Es handelt sich hierbei um eine ringförmige Finsternis, die ebenfalls sehr selten ist. Zum letzten Mal hat sich eine solche, in Frankreich sichtbare Finsternis im Jahre 1912 ereignet. Die nächste wird erst wieder 2059 zu sehen sein!
Material
- Schwenkbare Bürolampe
