Der Wert für die Wissenschaft

Dass eine Sonnenfinsternis für die Forschung interessant ist, ist eigentlich selbstverständlich. Wer aber denkt, dass sich die Wissenschaft dabei rein auf die Erforschung der Sonne konzentriert, liegt falsch: Für einen großen Teil der Forschung ist die Sonnenfinsternis am 12. August vor allem eines: ein Werkzeug, um unseren eigenen Planeten besser zu verstehen.

„Die Sonne leuchtet durch unsere Atmosphäre durch, und das sehr stark. Und das kann man nutzen, um die Atmosphäre der Erde zu untersuchen“, erklärt der Wiener Astronom Günter Wuchterl von der Kuffner-Sternwarte im Gespräch mit ORF Wissen. Die Abdeckung durch den Mond funktioniere dabei wie eine Art Lichtschalter, den man im Labor nie bauen könnte. „Wo habe ich denn schon die Möglichkeit, eine so starke Quelle einfach ab- und einzuschalten in so kurzer Zeit? Das ist fantastisch.“

Fliegende Schatten als Messinstrument

Besonders aufschlussreich sind dabei die letzten Minuten der partiellen Phase – wenn von der hellen Sonne nur noch ein schmaler Spalt übrig ist. In diesem Moment passiert etwas Ungewöhnliches: Das Licht flimmert, weil es nur noch durch einen winzigen Ausschnitt die Atmosphäre passiert. Und dieses Flimmern führt auf der Erde zu einem seltenen Phänomen.

„Es kommt dann auf der Erde zu einer ganz speziellen Beleuchtungssituation, den sogenannten fliegenden Schatten“, erklärt der Astronom Franz Kerschbaum von der Universität Wien gegenüber ORF Wissen. „Und aus diesen fliegenden Schatten kann man die Turbulenz der Erdatmosphäre studieren.“ Kurz gesagt: Das Flimmern des Lichts zeigt, wie stark die Luft darüber in Bewegung ist.

Das liefert nicht nur Daten darüber, wie sich Licht und Strahlung durch unsere Atmosphäre bewegen. Die Turbulenzen spielen auch eine zentrale Rolle im Klimageschehen – sie steuern die vertikale Durchmischung der Luft und beeinflussen damit Wettersysteme, Niederschlag und Gletscherschmelze. Ein besseres Verständnis der Turbulenzen könnte daher auch Wetter- und Klimamodelle verbessern.

In Spanien im Einsatz

Um die fliegenden Schatten systematisch zu erfassen, wird Kerschbaum gleich drei Kameras parallel im Einsatz haben: Eine nimmt den gesamten Himmel auf, um die Helligkeitskurve während der Sonnenfinsternis festzuhalten. Eine zweite ist eigens auf die fliegenden Schatten ausgerichtet – „die macht einen Film, den man dann Bild für Bild analysieren kann“. Die dritte Kamera schließlich ist mit einer großen Optik direkt auf die Sonnenumgebung und die Korona gerichtet.

Beobachten will Kerschbaum das Phänomen allerdings nicht von Österreich aus – denn hierzulande verschwindet die Sonne am 12. August nicht vollständig hinter dem Mond. „Dazu muss man, wie auch ich, nach Spanien reisen – oder nach Island oder nach Grönland“, so Kerschbaum.

Experiment für bessere Navigationssysteme

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) interessiert sich hingegen für die Auswirkungen des plötzlichen Lichtausfalls in der Ionosphäre der Erde, dem elektrisch geladenen Gürtel zwischen 60 und 1.000 Kilometern Höhe. Die Ionosphäre beeinflusst nämlich, wie zuverlässig GPS und das europäische Galileo-System funktionieren. Die Satellitensignale durchqueren diese Schicht und können dabei verzögert oder gestört werden.

Eine totale Sonnenfinsternis – und in abgeschwächter Form auch eine partielle – verändert die Elektronendichte in der Ionosphäre schlagartig. Das DLR nutzt diesen Effekt als „natürliches Experiment“: Die Messungen sollen zeigen, wie sich diese Veränderungen auf Navigationssignale auswirken – und damit künftig helfen, zuverlässigere Systeme zu entwickeln.

Generalprobe fürs Weltall

Ein weiterer, oft unterschätzter Forschungszweck: die Erprobung neuer Technologien. „Bei solchen Ereignissen kann man besondere Experimente und Techniken testen, die man nicht einfach auf gut Glück auf einen Satelliten packen würde“, erklärte Sonnenexperte Daniel Müller von der Europäischen Weltraumagentur (ESA) gegenüber der dpa.

Die Startkosten für Weltraummissionen sind schlicht zu hoch, um unerprobte Geräte mitzuschicken. Eine Sonnenfinsternis bietet jedoch die seltene Gelegenheit, Instrumente unter realen Bedingungen zu testen – mit einer abgedeckten Sonne, wie sie sonst nur vom Weltall aus zu beobachten ist. Erst wenn die Geräte auch unter diesen Bedingungen getestet sind und funktionieren, erfolgt der Einsatz im All.

Rätselhafte Korona

Aber natürlich wird während der Sonnenfinsternis auch die Sonne selbst erforscht. Spannend ist dabei letztlich vor allem die totale Finsternis: Nur wenn der Mond die Sonnenscheibe vollständig verdeckt, lässt sich die Korona – die äußere Atmosphäre der Sonne – so vollständig beobachten wie sonst nie. Blenden in Teleskopen – Koronografen – können zwar eine Art künstliche Finsternis erzeugen, blenden dabei aber immer auch einen Teil der unteren Korona aus. Der Mond hingegen passt zufälligerweise so perfekt vor die Sonne, dass die Korona bis hinab zur Sonnenoberfläche sichtbar wird.

Ein Spezialflugzeug der NASA folgt daher auch dem Mondschatten, der sich mit rund 2.500 Kilometern pro Stunde über die Erdoberfläche bewegt. An Bord: eine Kamera, die pro Sekunde 20 hochaufgelöste Bilder der Sonnenkorona liefert.

Parallel dazu beobachtet der Solar Orbiter der ESA die Korona aus dem All – am Tag der Sonnenfinsternis allerdings aus einem Winkel von etwa 90 Grad zur Erde. Dieser zweite Blickwinkel ermögliche es, stereoskopische, also dreidimensionale Bilder von Strukturen in der Korona zu erzeugen.

Das könnte helfen, eines der hartnäckigsten Rätsel der Sonnenphysik zu lösen: Die Korona ist mehrere Millionen Grad heiß, obwohl die Oberfläche der Sonne selbst nur rund 6.000 Grad misst. Wie sich das Gas in der äußeren Atmosphäre derart aufheizt, ist bis heute nicht vollständig erklärt.