Wenn der Mond am 8. April die Sonne verdeckt und so eine totale Sonnenfinsternis einläutet, können Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler eine Menge lernen.
Am 8. April wird der Mond unseren Blick auf die Sonne verdecken und eine seltene totale Sonnenfinsternis verursachen, die in Mexiko, in der östlichen Hälfte der Vereinigten Staaten und bis nach Neufundland in Kanada zu sehen sein wird. Die Schönheit des Himmelsereignisses ist Grund genug, es zu dokumentieren, aber Wissenschaftler haben auch Projekte ins Leben gerufen, um seine Auswirkungen zu untersuchen. Bei einigen dieser Projekte wird die Hilfe von Finsternisbeobachtern in Anspruch genommen, zu denen auch Sie gehören.
Während die Sonnenfinsternis weit über unseren Köpfen stattfindet, können die Auswirkungen auf der Erde sehr persönlich sein. Der Schatten des Mondes erreicht die Erdatmosphäre und die Erdoberfläche. Die plötzliche Dunkelheit wirkt sich auf das Verhalten der Tiere aus, auch auf das der Menschen, die wissen, dass sie kommt. Sie beeinflusst die chemischen Reaktionen um uns herum und das, was wir im Weltraum sehen können.
„Das ist eine einmalige Gelegenheit. Sie geht über sehr dicht besiedelte Gebiete in den USA, und jeder sollte versuchen, sie zu sehen“, sagte Liz MacDonald, Leiterin der Bürgerwissenschaft in der Abteilung Heliophysik der Nasa. Obwohl die letzte totale Sonnenfinsternis in den Vereinigten Staaten im Jahr 2017 stattfand, wird es bis 2044 keine weitere geben.
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Totale Sonnenfinsternis am 8. April 2024: Beobachtungen auf der Erdoberfläche
Die Wissenschaftler hoffen, dieses Mal Folgendes zu erfahren. Als Betrachter bemerken Sie vielleicht eine Veränderung der Geräusche um Sie herum. Die Vögel hören vielleicht auf zu zwitschern und die Grillen fangen an. Nächtliche Eulen und Fledermäuse könnten sich zu rühren beginnen.
Im Rahmen eines Projekts können Menschen dabei helfen, die Veränderungen der Geräusche zu dokumentieren. Mit speziellen Audiorekordern werden Wissenschaftler und Nichtwissenschaftler im Rahmen des Projekts Eclipse Soundscapes Grillengeräusche aufzeichnen. Das Projekt greift eine ähnliche Studie aus dem Jahr 1935 auf, als ein Wissenschaftler in einer Zeitungsanzeige die Menschen aufforderte, ihre Beobachtungen einzureichen. In der Nähe der Totalität wurde zum Beispiel berichtet, dass Grillen zu zirpen begannen, als ob es Abend wäre.
Parkranger im Hot Springs National Park in Arkansas stellen hochwertige Aufnahmegeräte auf, in der Hoffnung, die Geräusche der gefährdeten Fledermäuse einzufangen, die ihnen Aufschluss über den Gesundheitszustand der Population geben könnten. Sofern sich die Fledermäuse nicht noch im Winterschlaf befinden, könnte dies das erste Mal sein, dass ihre Laute während einer Sonnenfinsternis im Park aufgenommen werden.
„Sonnenfinsternisse sind multisensorische Ereignisse“, sagt MaryKay Severino, Mitbegründerin und Bildungsleiterin von Eclipse Soundscapes. „Es geht darum, wie man die Sonnenfinsternis erlebt, und das kann man mit allen Sinnen tun.“ Die Lufttemperatur sinkt während der Totalität in der Regel um 10 Grad Celsius. Mit der GLOBE Observer-App können die Menschen Temperatur und Wolken melden. Die Daten werden den Nasa-Wissenschaftlern dabei helfen, mehr darüber zu erfahren, was passiert, wenn man die Sonne auf unserer solarbetriebenen Erde vorübergehend ausschaltet. Jeder kann sich an dem Projekt beteiligen, indem er die App herunterlädt.
Totale Sonnenfinsternis am 8. April 2024: Beobachtungen in der Atmosphäre der Erde
In der Atmosphäre finden - zumindest für den flüchtigen Betrachter - subtilere Veränderungen statt, darunter auch Schichten, die unser Wetter beeinflussen. Um Informationen zu sammeln, schickt ein von der Montana State University geleitetes Projekt mit Helium gefüllte Ballons mit wissenschaftlichen Instrumenten in die Luft.
Studententeams aus verschiedenen Einrichtungen werden Ballons vom Boden aus in die Stratosphäre schicken, wo sich die Ozonschicht befindet, um Daten zu sammeln. Die Teams wollen beispielsweise herausfinden, in welcher Höhe der Temperaturabfall am größten ist und wie groß die Zeitspanne zwischen dem Rückgang der Sonneneinstrahlung und dem Absinken der Oberflächentemperatur ist. Sie werden auch testen, wie weit Videostreams zuverlässig übertragen werden können, indem sie den Aufstieg eines Ballons während der Sonnenfinsternis live streamen. Das können Sie hier sehen.
Die Teams werden auch die Entstehung von turbulenten Luftwellen in unserer Atmosphäre, den sogenannten Schwerewellen, untersuchen. Sie entstehen dort, wo die Luft gestört wird, und kräuseln sich wie ein Stein, der in einen ruhigen Teich fällt. „Wenn man in einem Flugzeug im Tiefflug über Berge fliegt, sind die Turbulenzen, die man spürt, höchstwahrscheinlich auf Schwerewellen zurückzuführen“, sagt Thomas Colligan, ein wissenschaftlicher Softwareentwickler bei der Nasa. Er und seine Kollegen waren die ersten, die während der totalen Sonnenfinsternis 2019 eine Schwerewelle dokumentierten.
Schwerewellen können durch Berge, Gewitter, Explosionen - und Sonnenfinsternisse - verursacht werden. Der Mondschatten kühlt die Atmosphäre ab und erzeugt Schwerkraftwellen, ähnlich wie der Bug eines Schiffes, das sich durch Wasser bewegt, so Colligan. Atmosphärische Schwerewellen können die Temperatur und die Chemie der Atmosphäre beeinflussen und Wolken erzeugen. Ein genaueres Verständnis der Funktionsweise von Schwerewellen könnte die Wettermodelle und -vorhersagen verbessern.
Totale Sonnenfinsternis am 8. April 2024: Weitere Beobachtungen
Oberhalb der Stratosphäre untersuchen die Wissenschaftler die Auswirkungen der Sonnenfinsternis auf die Ionosphäre - den Übergang von der Erdatmosphäre zum Weltraum. In der Ionosphäre befinden sich alle geladenen Teilchen der Erdatmosphäre und viele unserer Satelliten. Plötzliche Veränderungen in dieser Schicht, z. B. durch eine Sonnenfinsternis, könnten sich auf Kommunikationssysteme auswirken - zumindest hoffen einige Experten und Bürgerwissenschaftler, dies zu beobachten.
Im Rahmen des HamSCI-Projekts werden Funkamateure mit Hochfrequenz-Funkgeräten versuchen, während der totalen Finsternis an so vielen verschiedenen Orten wie möglich Kontakt aufzunehmen. Während der Sonnenfinsternis hört die Sonne vorübergehend auf, die Ionosphäre zu elektrisieren, sodass Signale aus größerer Entfernung als gewöhnlich zu hören sind oder verschwinden können. Obwohl sich die Sonnenfinsternis über Nordamerika abspielt, könnten hochfrequente Funksignale in die ganze Welt übertragen werden.
„Menschen, die sich nicht direkt unter der Totalitätslinie befinden, können die Sonnenfinsternis über ihre Radios hören“, sagt Ruth Bamford, Forscherin am britischen Rutherford Appleton Laboratory. So kann man beispielsweise vor der Finsternis einen Radiosender hören, der dann während der Finsternis verschwindet. Oder ein Radiosender könnte während der Sonnenfinsternis ein- und ausgeblendet werden.
Da die Wissenschaftler genau wissen, wann und wo der Mondschatten während der Sonnenfinsternis auftritt, können sie laut Bamford modellieren, was sie erwarten, und dies mit den Beobachtungen vergleichen. Obwohl sie nicht an dem aktuellen HamSCI-Experiment beteiligt ist, haben ihre früheren Experimente gezeigt, wie sich Ladungen in der Ionosphäre unterschiedlich schnell rekombinieren. „Diese Art von Experiment liefert eine enorme Menge an Daten, die wir zu keinem anderen Zeitpunkt erhalten können“, so Bamford. Es „bietet uns die Möglichkeit, unsere Modelle über das Verhalten der Erdatmosphäre zu testen.“
Totale Sonnenfinsternis am 8. April 2024: Beobachtungen auf unserer Sonne
Es mag seltsam erscheinen, dass Wissenschaftler die Sonne studieren wollen, wenn der größte Teil der Sonne vom Mond verdeckt wird. Aber genau aus diesem Grund richten sie ihre Instrumente auf unseren Wirtsstern. Die Sonnenscheibe ist so hell, dass wir den äußeren Rand der Sonne nicht beobachten können, aber der Mond verdeckt die Scheibe während der Sonnenfinsternis und ermöglicht so einen hervorragenden Blick auf den äußeren Halo der Sonne.
„Die Sonne ist weit weg, und die Sonnenfinsternis ist eine besondere Gelegenheit, den Rand der Sonne zu sehen, den wir normalerweise nicht zu Gesicht bekommen“, so MacDonald, Weltraumwissenschaftler bei der Nasa. Dieses Mal wollen die Wissenschaftler zumindest eine ganz grundlegende Frage zur Sonne beantworten: Wie groß ist die Sonne?
Sie haben eine ungefähre Vorstellung davon, aber es gibt immer noch einen großen Spielraum für Fehler, so MacDonald. Mit der App SunSketcher kann jeder vor und nach der Sonnenfinsternis Bilder von einem als Bailey‘s Beads bekannten Phänomen auf der Sonne machen und den Wissenschaftlern helfen, die Form und das Ausmaß des äußeren Randes der Sonne zu bestimmen.
Mehrere andere Projekte werden auch die Dynamik der äußersten Schicht der Sonne, der Korona, untersuchen. Im Rahmen des Citizen-CATE-Projekts werden Freiwillige Bilder der Korona in polarisiertem Licht aufnehmen, um die Strömung des Sonnenwinds, die Entstehung des Sonnenwinds und die Zusammenhänge in der Korona zu untersuchen.
Nasa-Flugzeuge werden während der Sonnenfinsternis in einer Höhe von 50.000 Fuß (ca. 15 km) über der Erdoberfläche fliegen, um mehr über die Temperatur und die chemische Zusammensetzung der Korona und über Explosionen auf der Sonnenoberfläche, sogenannte koronale Massenauswürfe, zu erfahren. Die Flugzeuge werden wissenschaftliche Instrumente an Bord haben, die auch Bilder im infraroten und sichtbaren Licht aufnehmen werden, die den Wissenschaftlern helfen werden, den Staubring um die Sonne zu untersuchen und Asteroiden in ihrer Nähe zu lokalisieren.
Die Sonnenfinsternis könnte auch Aufschluss darüber geben, wie das extrem heiße ionisierte Gas, aus dem die Sonne besteht, Plasma genannt, durch ihre äußeren Schichten fließt. Für das Eclipse Megamovie werden Freiwillige Fotos von der Sonnenfinsternis machen, um zu untersuchen, wie das Plasma durch die Korona und die Chromosphäre (direkt unter der Korona) fließt. Den Forschern liegen Fotos von diesem Projekt aus dem Jahr 2017 vor, aber sie gehen davon aus, dass das Jahr 2024 noch interessanter wird, weil die Sonne in eine besonders aktive Phase eintritt, die als Sonnenmaximum bezeichnet wird.
„Alle paar Jahre bekommt man die Chance, diese sehr seltenen Beobachtungen zu machen“, sagt MacDonald. „Als Wissenschaftlerin bin ich begeistert von den Möglichkeiten, die sich den Menschen bieten und die sie nutzen wollen, um mehr zu erfahren. Es gibt viele verschiedene Möglichkeiten, wie sie sich an der Wissenschaft beteiligen können.“
Zur Autorin
Kasha Patel schreibt die wöchentliche Kolumne Hidden Planet, die sich mit wissenschaftlichen Themen rund um die Erde befasst, von unserem inneren Kern bis zu Weltraumstürmen, die auf unseren Planeten gerichtet sind. Sie berichtet auch über Wetter-, Klima- und Umweltthemen.
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Dieser Artikel war zuerst am 10. März 2024 in englischer Sprache bei der „Washingtonpost.com“ erschienen – im Zuge einer Kooperation steht er nun in Übersetzung auch den Lesern der IPPEN.MEDIA-Portale zur Verfügung.