Sonnenfinsternis – wenn sich die Welt verdunkelt

Sonnenfinsternis – wenn sich die Welt verdunkelt Übung

• Beschreibe die Sonnenfinsternis.

  Tipps

  Lösung

  Eine Sonnenfinsternis tritt auf, wenn der Mond sich zwischen Sonne und Erde schiebt und das Licht der Sonne blockiert. Eine Sonnenfinsternis ist selten zu beobachten, da sie nur auf der Tagseite der Erde und nur in bestimmten Regionen sichtbar ist.
  Der Mond wirft einen kleinen Kernschatten auf die Erde: In den Gebieten, die vom Kernschatten getroffen werden, ist eine totale Sonnenfinsternis zu beobachten, bei der die Sonne vollständig vom Mond verdeckt wird. Im Übergangsschatten erlebt man eine partielle Sonnenfinsternis, bei der nur ein Teil der Sonne vom Mond verdeckt wird.
  Obwohl der Mond viel kleiner ist als die Sonne, erscheint er groß genug, um die Sonne während einer Sonnenfinsternis zu verdecken, weil er uns deutlich näher ist.

• Erkläre die Begriffe zur Sonnenfinsternis.

  Tipps

  Eine totale Sonnenfinsternis tritt auf, wenn der Mond genau zwischen Sonne und Erde steht. Dadurch wird es für eine kurze Zeit völlig dunkel: als ob die Sonne verschwunden wäre.

  Bei der partiellen Sonnenfinsternis befindet sich der Mond nicht genau in einer Linie zwischen Sonne und Erde, sondern bedeckt nur einen Teil der Sonnenscheibe.

  Ein Neumond tritt auf, wenn der Mond genau zwischen Sonne und Erde steht und somit die von der Erde aus sichtbare Seite des Mondes in vollständiger Dunkelheit liegt.

  Der Übergangsschatten ist ein Bereich auf der Erde, in dem die Bedeckung der Sonne während einer partiellen Sonnenfinsternis am geringsten ist.

  Lösung

  Totale Sonnenfinsternis $\Rightarrow$ Die Sonne wird vollständig vom Mond überdeckt.

  Eine totale Sonnenfinsternis tritt auf, wenn der Mond genau zwischen Sonne und Erde steht und die Sonne komplett verdeckt. Dadurch wird es für eine kurze Zeit völlig dunkel: als ob die Sonne verschwunden wäre. Während dieser Phase ist es möglich, die Corona der Sonne zu sehen, also den leuchtenden Rand der Sonne, der normalerweise von der Helligkeit der Sonnenscheibe überstrahlt wird. Eine totale Sonnenfinsternis ist ein faszinierendes astronomisches Ereignis, das jedoch nur in einem begrenzten Gebiet auf der Erde beobachtet werden kann.

  Partielle Sonnenfinsternis $\Rightarrow$ Lediglich ein Teil der Sonne wird vom Mond überdeckt.

  Im Gegensatz zur totalen Sonnenfinsternis, bei der die Sonne vollständig vom Mond verdeckt wird, geschieht bei einer partiellen Sonnenfinsternis nur eine teilweise Bedeckung: Der Mond befindet sich nicht genau in einer Linie zwischen Sonne und Erde, sondern bedeckt lediglich einen Teil der Sonnenscheibe. In den Regionen, die vom partiellen Schatten des Mondes erreicht werden, kann man beobachten, wie sich ein kleiner Teil der Sonne allmählich verfinstert.

  Neumond $\Rightarrow$ Die schattige Seite des Mondes ist von der Erde aus sichtbar.

  Ein Neumond tritt auf, wenn der Mond genau zwischen Sonne und Erde steht und somit die von der Erde aus sichtbare Seite des Mondes in vollständiger Dunkelheit liegt. Während eines Neumondes ist der Mond am Himmel unsichtbar oder nicht als leuchtende Scheibe erkennbar: Es ist die Phase, in der der Mond praktisch unsichtbar ist, da keine beleuchtete Seite zu sehen ist.

  Übergangsschatten $\Rightarrow$ Das ist der Bereich, in dem nur ein kleiner Teil der Sonne verdeckt wird.

  Der Übergangsschatten ist ein Bereich auf der Erde, in dem die Bedeckung der Sonne während einer partiellen Sonnenfinsternis am geringsten ist. Hier wird nur ein kleiner Teil der Sonne vom Mond verdeckt, während in dem Bereich des Kernschattens, der kleiner ist, eine totale Sonnenfinsternis stattfindet. Der Übergangsschatten entsteht aufgrund der unterschiedlichen Größen von Kernschatten und Übergangsschatten und ist für Beobachtende in diesem Gebiet eine besondere Phase der Sonnenfinsternis. Es ist wichtig zu beachten, dass das Beobachten einer Sonnenfinsternis ohne angemessene Schutzmaßnahmen, vor allem im Übergangsschatten, gefährlich für die Augen sein kann.

• Beschreibe die Anordnung von Sonne, Erde und Mond, wenn eine Sonnenfinsternis auftritt.

  Tipps

  Der Mond bewegt sich auf seiner Umlaufbahn um die Erde.

  Während einer Sonnenfinsternis tritt der Mond zwischen die Sonne und die Erde.

  Der Kernschatten des Mondes ist der dunkelste Teil des Schattens. In diesem Bereich des Schattens wird die Sonne vom Mond komplett verdeckt.

  Lösung

  1. Sonne: Die Sonne steht an erster Stelle der Anordnung. Sie strahlt Licht und Energie aus.

  2. Mond: Der Mond bewegt sich auf seiner Umlaufbahn um die Erde. Während einer Sonnenfinsternis tritt der Mond zwischen die Sonne und die Erde. Der Schatten des Mondes fällt auf die Erdoberfläche, wodurch die Sonne vorübergehend verdeckt wird. In dieser Anordnung befindet sich der Mond in der Mitte.

  3. Kernschatten: Der Kernschatten des Mondes ist der dunkelste Teil des Schattens. Dieser erreicht die Erdoberfläche, wenn der Mond genau zwischen Sonne und Erde steht. Der Schatten wird also vom Mond geworfen und trifft auf die Erde. Während einer totalen Sonnenfinsternis befinden sich diejenigen Teile der Erde, die innerhalb des Kernschattens liegen, im Dunkeln.

  4. Erde: Die Erde ist während einer Sonnenfinsternis auf der letzten Position der Anordnung. Sie ist der Himmelskörper, auf dem wir leben, und befindet sich im Schatten des Mondes. Die Sonne wird vorübergehend – von der Erde aus gesehen – verdeckt.

• Beschreibe, warum man von der Erde aus immer dieselbe Seite des Mondes sieht.

  Tipps

  Der Mond führt eine „gebundene Rotation“ durch.

  Zwischen Erde und Mond herrschen Gravitationskräfte.

  Gezeitenkräfte sind Gravitationskräfte. Diese bewirken eine Verschiebung des Wassers – oder wie wir es kennen: Ebbe und Flut.

  Nach und nach synchronisierte sich die Rotationsperiode des Mondes mit der Umlaufperiode um die Erde.

  Lösung

  Dieses Phänomen wird als „gebundene Rotation“ des Mondes bezeichnet. Die Tatsache, dass von der Erde aus immer nur dieselbe Seite des Mondes sichtbar ist, ist das Ergebnis der komplexen Wechselwirkung zwischen den Gravitationskräften der Erde und des Mondes.

  Die gebundene Rotation entstand im Laufe der Zeit durch die Gezeitenkräfte, die zwischen der Erde und dem Mond wirken. Gezeitenkräfte sind Gravitationskräfte, die durch die Anziehung zwischen zwei massereichen Objekten entstehen. Weil der Mond eine bedeutende Masse hat und der Erde relativ nah ist, erzeugt er Gezeitenkräfte, die auf die Erde wirken. Gleichzeitig wirken Gezeitenkräfte der Erde auf den Mond.

  Diese Gezeitenkräfte verursachen eine Verformung der Form des Mondes und der Erde. Da die Erde eine flüssige Außenhülle hat (Ozeane und Atmosphäre), bewirken diese Gezeitenkräfte eine leichte Verschiebung des Wassers und der Materie auf der Erdoberfläche. Das ist der Grund, warum wir Ebbe und Flut haben.

  Während der Wechselwirkung zwischen den Gezeitenkräften und der Massenverteilung auf dem Mond wurden Energie und Drehmoment zwischen der Erde und dem Mond ausgetauscht. Mit der Zeit führte dies dazu, dass sich die Rotationsperiode des Mondes um seine Achse mit der Umlaufperiode um die Erde synchronisierte.

  Im Ergebnis ist die Rotationsdauer des Mondes um seine eigene Achse exakt gleich der Zeit, die der Mond benötigt, um die Erde einmal zu umrunden (etwa $27{,}3$ Tage). Dadurch bleibt uns von der Erde aus immer nur eine Seite des Mondes sichtbar: das „Mondgesicht“. Die andere Seite, die „Rückseite“ oder „dunkle Seite“ des Mondes, ist von der Erde aus nie zu sehen – es sei denn, man fliegt dort mit Raumfahrzeugen hin.

• Vervollständige die Abbildung zur Sonnenfinsternis.

  Tipps

  Wenn eine Sonnenfinsternis auftaucht, dann befinden sich Sonne, Mond und Erde genau in einer Linie.

  Wenn der Mond direkt in das Licht der Sonne tritt, entsteht ein großer „Übergangsschatten“ und nur ein vergleichsweise kleiner „Kernschatten“.

  Lösung

  Die Möglichkeit einer Sonnenfinsternis hängt davon ab, wie sich der Mond um die Erde bewegt: Wenn der Mond in der gleichen Ebene um die Erde kreisen würde, in der die Erde um die Sonne kreist, würde es bei jeder Umrundung eine Stelle geben, an der sich Sonne, Mond und Erde genau auf einer Linie befinden. In solch einem Fall würde sich der Mond direkt vor die Sonne schieben und ein Hindernis für das Sonnenlicht darstellen, was zu einer Sonnenfinsternis führen würde. Doch die Umlaufbahn des Mondes steht schräg zur Umlaufbahn der Erde und schwankt, wodurch eine solche Konstellation nur selten auftritt, nämlich zwei- bis dreimal im Jahr.

  Die Seltenheit von Sonnenfinsternissen ist auch darauf zurückzuführen, dass sie nie überall auf der Erde zu sehen sind. Eine Sonnenfinsternis kann nur auf der Seite der Erde beobachtet werden, die gerade Tag hat. Auf der Nachtseite der Erde ist sie nicht sichtbar. Zusätzlich spielt die relative Größe von Mond und Erde eine Rolle: Der Mond ist im Vergleich zur Erde relativ klein und wirft daher nur einen kleinen Kernschatten auf die Erde. Die Sonne hingegen ist sehr groß und dient als eine ausgedehnte Lichtquelle. Wenn der Mond direkt in das Licht der Sonne tritt, dann entsteht ein großer Übergangsschatten und nur ein vergleichsweise kleiner Kernschatten. Der Kernschatten hat auf der Erdoberfläche eine Ausdehnung von ungefähr zweihundertfünfzig Kilometern, was etwa der Entfernung zwischen Berlin und Hannover entspricht. Es handelt sich also um einen vergleichsweise kleinen Schattenpunkt, der während der Bewegung des Mondes langsam über die riesige Erdoberfläche wandert.

  Die Menschen, die sich in den Bereichen auf der Erde befinden, in denen der Kernschatten auftrifft, haben das Glück, eine sogenannte totale Sonnenfinsternis zu beobachten. Während dieser faszinierenden Phase wird die Sonne vollständig vom Mond überdeckt und der Himmel wird für kurze Zeit dunkel. Das ermöglicht es den Beobachtenden, auch die Corona – den leuchtenden Rand der Sonne – zu sehen. Die totale Sonnenfinsternis ist jedoch nur von begrenzten Regionen der Erde aus sichtbar, da der Kernschatten nur einen kleinen Teil der Erdoberfläche abdeckt.

• Gib an, welche Art der Sonnenfinsternis Alex in Stellarville beobachten kann.

  Tipps

  Um die Art der Sonnenfinsternis zu bestimmen, musst du die Position von Stellarville im Verhältnis zum zentralen Bereich des Kernschattens betrachten.

  Partielle Sonnenfinsternis: Lediglich ein Teil der Sonne wird vom Mond überdeckt. Der Mond befindet sich nicht genau in einer Linie zwischen Sonne und Erde, sondern bedeckt nur einen Teil der Sonnenscheibe. In den Regionen, die vom partiellen Schatten des Mondes erreicht werden, kann man beobachten, wie sich ein kleiner Teil der Sonne allmählich verfinstert.

  Totale Sonnenfinsternis: Die Sonne wird vollständig vom Mond überdeckt. Dadurch wird es für eine kurze Zeit völlig dunkel: als ob die Sonne verschwunden wäre.

  Lösung

  Um die Art der Sonnenfinsternis zu bestimmen, müssen wir die Position von Stellarville im Verhältnis zum zentralen Bereich des Kernschattens betrachten. Die Vorhersagekarte zeigt an, dass der zentrale Bereich des Kernschattens sich über einer kleinen Insel mit den Koordinaten $50^\circ$ Nord und $8{,}5^\circ$ Ost erstreckt. Da Stellarville bei den Koordinaten $50{,}123^\circ$ Nord und $8{,}456^\circ$ Ost liegt, befindet es sich geografisch außerhalb des zentralen Bereichs.

  Der zentrale Bereich des Kernschattens ist der Ort, von dem aus eine totale Sonnenfinsternis beobachtet werden kann, weil sich die Sonne vollständig hinter dem Mond „versteckt“. In diesem Bereich herrscht absolute Dunkelheit und es ist möglich, die faszinierende Corona der Sonne zu sehen.

  Da Stellarville außerhalb dieses zentralen Bereichs liegt, wird die Sonne für Alex nicht vollständig vom Mond verdeckt. Stattdessen wird der Mond nur einen Teil der Sonne überdecken, was als partielle Sonnenfinsternis bezeichnet wird.

  $\Rightarrow$ Alex wird also in Stellarville eine partielle Sonnenfinsternis beobachten können.