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16.10.2005

Sonnenfinsternisse 1968 bis 2005
Berichte und Auswertungen eigener Beobachtungen

0. Einleitung

In dieser Arbeit werden über die Beobachtung von sieben Sonnenfinsternissen berichtet und Möglichkeiten aufgezeigt, wie man mit einfachen Mitteln Messungen durchführen und auswerten kann. Gleichzeitig werden einige Möglichkeiten von HTML und JavaScript benutzt, um die Messungen grafisch und tabellarisch darzustellen und auszuwerten. Dabei werden mathematische Methoden angewandt und über deren Zweckmäßigkeit diskutiert. Diese Arbeit wird aufgelockert durch Berichte einiger Beobachtungen in Wort und Bild.

Der Beginn und das Ende einer Sonnenfinsternis sind ohne optische Hilfsmittel, mit denen die Sonnenscheibe gefahrlos beobachtet werden kann, nicht bemerkbar. Dies ist auch verständlich, da in den ersten und letzten Minuten nur ein sehr kleiner Anteil der Sonnenscheibe bedeckt ist. Tatsächlich sind kurz nach dem Beginn einer Sonnenfinsternis Veränderungen zu spüren. Als erstes fällt eine Veränderung des Tageslichtes auf. Bei der Wahrnehmung einer Abkühlung der Sonnenstrahlung und der Lufttemperatur ist man häufig durch Witterungseinflüsse, wie Wind, Dunst oder leichte Bewölkung, verunsichert. Nach dem Beginn ändert sich die Beleuchtung zunehmend. Das Tageslicht wird schwächer, es wird fad und ist nicht vergleichbar mit bewölktem Himmel. Bei einer Bewölkung gibt es keine Schatten. Anders ist es bei einer Finsternis. Die Gegenstände werfen nach wie vor Schatten, doch die Gesamthelligkeit und der Kontrast der Schatten ändern sich. Da dies gegenüber der täglichen Erfahrung anders ist, empfindet man das Tageslicht während einer Finsternis befremdend und eigenartig.

Die Ausführungen erheben keinen Anspruch auf eine wissenschafltiche Arbeit, es ist eher eine ausführliche Freizeitbeschäftigung.

1. Beobachtungen
1.1. Beobachtungsorte und Wetter

Datum Beobachtungsort Wetter
    Länge Breite  

1.2. Finsternisdaten

Datum Finsterniszeiten (UT) max. Bedeckung Bemerkungen
  Beginn Mitte Ende Dauer Durchmesser Fläche  

1.3. Meßmethoden
1.3.1. Helligkeit

Zur Messung der Helligkeiten wurden bei den ersten Beobachtungen ein fotografischer Belichtungsmesser und später Fotoelemente benutzt. Die Meßwerte entsprechen keinen physikalischen Einheiten sondern stellen Vergleichszahlen dar.

Beim Belichtungsmesser wurde mit Streuscheibe gemessen. Dadurch wird die Helligkeit über einen großen Öffnungswinkel von fast 180° erfaßt. Die Helligkeit der Sonne wurde mit einem aufgesteckten Papprohr bestimmt. Im Meßbereich befanden sich die Sonne und ein Teil des Himmels in der Sonnenumgebung. Nachteilig ist beim Messen mit dem Belichtungsmesser die geringe Meßgenauigkeit. Deshalb wurden ab 1996 Fotoelemente in Verbindung mit einem Universalmeßgerät verwendet. Als Vergleichswerte dienen hier die elektrische Spannung.

1.3.2. Temperaturen

Die Temperaturen wurden anfangs mit Thermometer mit Zentelgradteilung und später mit digitalem Thermometer durchgeführt. Die Luftemperatur wurde windgeschützt und nahe am Erdboden gemessen. Die Bestimmung der Strahlungstemperatur erfolgte nicht streng physikalisch. Die Thermometer wurden windgeschützt von der Sonne beschienen. Die meßempfindlichen Teile wurden in schwarze Farbe getaucht. Bei diesen Meßmethoden sollten auch nur Vergleichszahlen ermittelt werden.

1.3.3. Zusätzliche Messungen bei der totalen Finsternis:

Die Abkühlung der Temperatur sollte mit einer Erhöhung der relativen Luftfeuchtigkeit einhergehen. Zur Messung wurde ein Hygrometer in Erdbodennähe aufgestellt.

Die Kontaktzeiten der Totalität waren genau zu bestimmen. Da in diesen zwei Minuten für Messungen, Fotos, Beobachtungen mit Fernglas und visuelle Verfolgung des gesamten Geschehens nur wenig Zeit bleibt, ist die Tonaufnahme mittels Recorder zur Protokollierung sehr dienlich. Einige Minuten vor dem totalen Ereignis wurde mehrfach die Zeit von einer Funkuhr sekundengenau abgelesen und auf Band gesprochen. Dadurch war eine genaue Auswertung der Tonaufnahmen möglich.


2. Meßdaten und Auswertungen
2.1. Grafische Darstellung

In den Grafiken werden die Meßwerte und die in den Tabellen berechneten Werte dargestellt. Zwecks Anschaulichkeit wurden unterschiedliche Maßstäbe gewählt. Die Zeit wird in UT angegeben, die Minuten stehen unter der Stundenzahl.

Folgendes kann man feststellen:

Die gemessenen und geglätteten Werte weichen nur wenig voneinander ab. Das Polynom 4. Grades führt nur bei wenigen Messungen zu einem realistischen Verlauf. Oft treten mangels geeigneter Meßwerte Schwingungen auf, die nur rechnerisch entstanden sind und zeigen, dass bei diesen Messungen keine Polynome so hohen Grades gebildet werden dürfen. Eigentlich darf man solche Ergebnisse nicht bringen, ich habe sie als negative Beispiele hier nicht entfernt.

Die quadratische Ausgleichung soll annähernd den Verlauf so darstellen, als ob keine Finsternis statt fand. Im Allgemeinen müßten diese Kurven etwas höher liegen und die Meßwerte vor und nach der Finsternis tangieren. Beim Vergleich der verschiedenen Kurven kann man die Wirkung der Finsternis feststellen.


3.2. Tabellen

In der ersten Spalte sind die Kontakte angegeben. Danach folgen die laufenden Nummern der Messungen. Anschließend sind die Beobachtungszeiten, deren erste Differenzen und fortlaufenden Minuten angegeben.

3.2.1. Meßwerte

Die Meßwerte sind unverändert und in der folgenden Spalte als geglättete Werte angegeben. Die geglätteten Werte sind das arithmetische Mittel von 3 Beobachtungswerten. Mit dieser Glättung sollen kurzfristige Schwankungen ausgeglichen werden.

3.2.2. Ausgleichungen

Es werden zwei Ausgleichungen vorgenommen:

1.) Bei der quadratischen Anpassung werden die Messungen in der Nähe der Finsternismitte nicht berücksichtigt. Welche Messungen in die Rechnung eingehen, ist in den Protokollen vermerkt. Zweck dieser Anpassung ist eine Kurve, die den Verlauf möglichst ohne Einfluß der Finsternis darstellt.

2.) Bei dem Polynom 4. Grades werden alle Meßwerte verwendet. Anschließend wird die Differenz zwischen den Werten des Polynoms und der Meßwerte gebildet.

3.2.3. Diskussion der Ergebnisse

Bei einer idealen Meßreihe ist Folgendes zu erwarten: Zum Beispiel bei einer Finsternis am Morgen steigt die Temperatur an und durch die Finsternis tritt vorübergehend eine Abkühlung ein. Demnach stellt die quadratische Anpassung den allgemeinen und das Polynom 4. Grades den tatsächlichen Verlauf dar. Die Differenzen in der Nähe um die Finsternismitte müßten negativ sein. Bei den Protokollen ist so ein idealer Verlauf oft nicht erkennbar. Daran sind meistens die meteorologischen Einflüsse schuld und die Meßreihe kann nicht ausgewertet werden.

Die Bildung von Polynomen 4. Grades ist nur gerechtfertigt, wenn gute und ausreichnend viele Meßwerte vorhanden sind. Sonst stellt das Polynom eine Kurve dar, die rein rechnerisch entstanden ist und unverhältnismäßig schwingen kann und somit keine Beziehung zur Meßreihe hat. Es können so Effekte vorgetäuscht werden.

Die letzten Spalten, mit Auswertungen überschrieben, soll den Einfluß der Finsternis darstellen, so gut er aus den Messungen erkannt werden kann. Es gibt hier zwei Methoden. Einmal wird die Differenz zwischen den geglätteten Meßwerten und der quadratischen Apassung und zum anderen die Differenz zwischen den Werten aus dem Polynom 4. Grades und der quadratischen Anpassung ermittelt.

Die Auswertung erscheint kompliziert, sie ist es auch. Aber ich habe versucht, mit relativ einfachen Methoden eine einheitliche Auswertung für alle Beobachtungen durchzuführen. Dabei geht es immer darum, aus den Meßwerten nur die Ergebnisse abzuleiten, die auch tatsächlich mit diesen Beobachtugnen erfaßt werden konnten.


3.3. Übersicht über Grafiken, Tabellen und Berichte

Datum Messungen Berichte
  Helligkeit Temperaturen Luftfeuchtigkeit mit Fotos
  Himmel Sonne Luft Sonne    


4. Ergebnisse

Bei den meisten Messreihen die Wirkung der Finsternis erkennbar. Oft zeigen bereits die geglätteten Meßwerte einen finsternisabhängigen Verlauf. In einigen Fällen scheint die Ausgleichung mit einem Polynom 4. Grades vorteilhaft zu sein. Einige Beobachtungen waren vor allem wegen Wolken nicht erfolgreich.

In der folgenden Tabelle sind die Grafiken aufgeführt, bei denen eine Auswertung möglich ist.
Ein "-" bedeutet: keine Auswertung möglich, eine "0" besagt: es gibt keine Meßwerte.

Datum Beobachtungen Bemerkungen
  Helligkeit Temperatur Luftfeuchtigkkeit  
  Himmel Sonne Luft Sonne    

5. Zusammenfassung:

Von den sieben beobachteten Finsternissen sind nur drei, die unter meteorologisch günstigen Bedingungen und im gesamten Verlauf beobachtet werden konnten. Bei allen anderen waren Beobachtungen nur eingeschrängt möglich. Ungünstig war die Finsternis im Jahr 1994, bei der bereits die noch sichelförmige Sonne unterging. Oft spielt das Wetter nicht mit, so daß eben nur die der Jahre 1975, 1996 und 2005 mit gut verwertbaren Meßergebnissen übrig bleiben. Trotzdem sind die Finsternisse aus den Jahren 1999 und 2003 als besondere Ereignisse hervorzuheben. Dabei handelt es sich 1999 um die totale Finsternis und mit 88.5 % Bedeckung war die Finsternis von 2003 ebenfalls beachtlich.

Sonnenfinsternisse,die zwischen 1966 und 2003 in Deutschland sichtbar waren (Bedeckung in %):

20.05.196658 %nicht beobachtet
22.09.196845 %beobachtet
25.02.197154 %nicht beobachtet
11.05.197545 %beobachtet
29.04.197652 %nicht beobachtet
15.12.198248 %nicht beobachtet
30.05.198427 %beobachtet
10.05.199445 %beobachtet
11.10.199664 %beobachtet
11.09.1999100 %beobachtet
31.05.200389 %beobachtet
03.10.200540 %beobachtet

Vier Finsternisse aus diesem Zeitraum habe ich nicht beobachtet. Da ich keine Aufzeichnungen darüber habe, ist anzunehmen, dass das Wetter eine Beobachtung verhinderte.

Die partielle Finsternis am 30.5.1984 mit 27 % fand kurz vor Sonnenuntergang statt. Es war bewölkt, so daß ich nur wenige Fotos anfertigen konnte.

Sonnenfinsternis 1984 Mai 30
Sonnenfinsternis 1984 Mai 30

6. Empfehlungen

Für die Beobachtung weiterer Finsternisse leiten sich aus den gewonnenen Erfahrungen folgende Empfehlungen ab:

  • Der Einfluß der Wolken ist genauer zu erfasssen. Wichtig ist das Registrieren der Zeiträume, in denen die Sonne von Wolken bedeckt wird und wie dicht die Wolken sind.
  • Zur Beurteilung des Einflusses der Finsternis benötigt man Vergleichsdaten. Diese könnte man erhalten, wenn man unter ähnlichen Bedingungen Vergleichsmessungen an einem anderen Tag durchführt. Ein anderer Weg ist es, vor und nach der Finsternis ebenfalls zu messen. Dann kann man versuchen, den zu erwartenden Verlauf durch eine quadratische Funktion darzustellen. Diese zweite Methode wandten wir an. Die Messungen müßten nach Möglichkeit eine längere Zeit vor und nach der Finsternis durchgeführt werden.
  • Die Meßmethoden und die Meßinstrumente können verbessert werden. Vor allem die Erfassung der Helligkeit der Sonne erwies sich als mangelhaft, da die Helligkeit der Sonnenumgebung mit gemessen wurde.

Seit 1996 hat mich bei den Beobachtungen meine Frau Annette begleitet, Meßwerte protokolliert und Videos aufgenommen.


Annette und Karl-Heinz Bücke
02.03.2005, Finsternis 2005 aufgenommen: 16.10.2005

Counterseit 02.03.2005