Irgendwo auf der Erde verdunkelt der Mond die Sonne durchschnittlich alle 18 Monate. Bleibt man aber an einem Ort, ist die Wartezeit viel länger: eine totale Sonnenfinsternis kehrt an denselben Ort durchschnittlich nur alle 360 bis 410 Jahre zurück. Diese Seltenheit ist genau der Grund, warum Menschen über Kontinente fliegen, um wenige flüchtige Minuten im Schatten des Mondes zu verbringen.
Eine Sonnenfinsternis tritt auf, wenn der Mond direkt zwischen der Sonne und der Erde hindurchgeht und wirft einen schmalen Schatten auf die Planetenoberfläche. Innerhalb dieses Schattens wird der Tag kurzzeitig zur Dämmerung, und die normalerweise unsichtbare äußere Atmosphäre der Sonne blinkt auf. Was folgt, sind Erkenntnisse aus Jahrhunderten der Finsternisobservation und mehr als hundert Jahren der Finsternis-Physik.
Einmal in drei Jahrhunderten: Wie selten (und wie lange) kann die Totalität sein
Selbst unter perfekten Bedingungen dauert die Totalität nicht lange. Wenn eine Finsternis mit dem Mond sehr nahe bei der Perigäum, seinem nächsten Punkt zur Erde, auftritt, kann die Spurbreite des Schattens bis zu 267 km (166 Meilen) betragen, und die Totalität selbst kann über 7 Minuten dauern. Echte Finsternisse erreichen diese Grenze selten: die längste berechnete Finsternis wird erst am 16. Juli 2186 über Guyana auftreten und dauert 7 Minuten 29 Sekunden.
Solche Finsternisse sind Jahrhunderte im Voraus vorhersehbar, weil sie sich auf einem festen Rhythmus wiederholen, der Saros genannt wird. Ein voller Zyklus umfasst genau 223 synodische Monate, was sich zu 18 Jahren, 11 Tagen und 8 Stunden errechnet, kombiniert mit engen Übereinstimmungen zu zwei anderen Mondrhythmen, den drakonischen und anomalistischen Monaten. Diesen Rhythmus zu kennen ermöglicht es Astronomen, Jahrhunderte im Voraus genau zu berechnen, wie lange eine bestimmte Stadt auf ihren nächsten Blick auf die Totalität warten muss.
Die Finsternis von 1919, die die Physik umschrieb
Keine Finsternis hat mehr für die Wissenschaft getan als die von 1919. Als die Totalität das Jahr über die Tropen fegte, beobachtete Astronom Arthur Eddington das Sternenlicht am Rand der Sonne und stellte fest, dass es sich gebogen hatte, genau wie Einsteins noch junge Allgemeine Relativitätstheorie vorhergesagt hatte. Monate später, am 8. November 1919, wurden die Ergebnisse in London verkündet und markierten das Ende von Newtons Jahrhunderte altes Gravitationsmodell und den Beginn von Einsteins.
Albert Einstein, der 40-jährige Berliner hinter der Idee, wurde praktisch über Nacht zum berühmtesten Wissenschaftler der Welt. Die Messungen von 1919 selbst waren aber nicht vollkommen einheitlich: die auf der Beobachtungsstation in Príncipe aufgezeichnete Lichtbiegung lag leicht unter dem vorhergesagten Wert, während die Messung von der brasilianischen Station leicht darüber lag – eine Lücke, auf die Kritiker Jahrzehnte lang hinweisen würden.
Merkwürdiges Verhalten der Schwerkraft während der Totalität
Die Relativität wurde nicht nur einmal bestätigt. Jahrzehnte später lieferte der ESA-Satellit Hipparcos, der von 1989 bis 93 flog, Verfolgung von Sternenlicht mit genug Präzision, um die klarste Bestätigung der gleichen Vorhersage von 1919 zu liefern.
Nicht alles über Finsternisse und Schwerkraft passt jedoch ordentlich zusammen. Eine Studie, die die Schwerkraft während einer totalen Finsternis maß, erkannte eine winzige aber reale Anomalie, eine Verschiebung von 7,0 ± 2,7 × 10^-8 m/s² in der lokalen Gravitationsstärke, und ihre Autoren schlugen vor, das Ergebnis könnte auf eine Art Abschirmungseffekt während der Totalität hindeuten. Es ist eine Erinnerung daran, dass selbst ein Jahrhundert nach Eddington eine totale Finsternis Physikern noch immer eine Chance gibt, die Schwerkraft auf Wegen zu testen, die kein Labor auf der Erde kann.
Kranz der Sonne
Eine totale Finsternis ist im Wesentlichen die einzige Zeit, in der jemand auf der Erde die Korona, die äußere Atmosphäre der Sonne, mit bloßem Auge sehen kann. Sie verhält sich wie eine seltsame Umkehrung der Funktionsweise von Wärmevorgängen: Die sichtbare Oberfläche der Sonne läuft um 4500-6000°C, doch die dünne Korona darüber steigt über eine Million Grad Celsius, ein Sprung, den Physiker noch immer nicht vollständig erklären können.
Menschen dokumentieren diesen unheimlichen Lichtkranz seit mehr als tausend Jahren – die früheste bekannte Aufzeichnung einer beobachteten Korona stammt aus Konstantinopel im Jahr 968 n.Chr. Weil natürliche Totalität so kurz ist, baute die Europäische Weltraumorganisation eine Möglichkeit, mehr davon zu erzeugen: die Proba-3-Doppelsatellitenmission fliegt einen Satelliten vor die Sonne, um sie für den anderen zu blockieren und erzeugt künstliche Finsternisse, die sich zu 1000 Stunden Beobachtungszeit über zwei Jahre addieren, weit mehr als jede natürliche Finsternis je bieten könnte.
Perlenketten des Lichts und das erste Finsternis-Foto
In den Sekunden vor und nach der Totalität zerbricht das Sonnenlicht, das durch Täler an der gezackten Mondkante durchquetscht wird, in eine Reihe heller Punkte. 1715, Jahrzehnte bevor jemand einen Namen dafür prägte, wurde Astronom Edmund Halley die erste Person, die aufschrieb, was wir heute als Halleys Perlen und den Diamantenring-Effekt nennen.
Die Fotografie holte die Astronomie mehr als ein Jahrhundert später auf. Das früheste bekannte Foto einer Sonnenfinsternis wurde am 28. Juli 1851 von Julius Berkowski aufgenommen, der das Daguerreotyp-Verfahren nutzte, die zerbrechliche Silberplattentechnik hinter einigen der ältesten erhaltenen Fotos der Fotografie.
Amerikas Finsternis von 2017, nach den Zahlen
Die meistbeobachtete Finsternis in der jüngeren Erinnerung fegte im August 2017 quer über die Vereinigten Staaten, ihr Weg der Totalität berührte sowohl den Pazifik als auch den Atlantik – etwas, das seit 1918 nicht mehr vorgekommen war.
Dieser Schatten war enorm: Er fegte über etwa 16 Prozent der gesamten Fläche der Vereinigten Staaten, obwohl die meisten diesen Weg über offenes Meer verliefen als über Land. Am Boden verweilte die Totalität am längsten über dem Giant City State Park in südlichen Illinois, gerade außerhalb von Carbondale, und hielt 2 Minuten 41,6 Sekunden – den längsten Zeitraum, den jeder einzelne Ort an Land an diesem Tag erlebte.