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Bericht

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Sonne: Eklipsen
2001 Afrika

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Einmal (maximal zweimal) im Leben — wenn Du Glück hast…

…kann man einen der seltenen Durchgänge der Venus vor der Sonne beobachten. Daher war es keine Frage, dass ich Urlaub nahm, um dieses legendäre Ereignis zu beobachten. Direkt zum Bericht springen…

Warum ist das so selten?

Alle 584 Tage (ca. 1 Jahr und 7 Monate) tritt Venus in untere Konjunktion zur Sonne. Aber die Venusbahn ist um gut drei Grad gegen die Erdbahn geneigt; was nicht nach viel klingt, hat jedoch drastische Folgen: zum Einen ist die Venus in unterer Konjunktion nur ca. 40 Millionen km von der Erde entfernt (schwankt etwas mit der Entfernung der Erde von der Sonne; die Venusbahn ist dagegen eine fast perfekte Kreisbahn), d.h. nur ein gutes Viertel von der Entfernung der Erde (im Mittel knapp 150 Millionen km) von der Sonne (!). Zum Anderen beträgt der scheinbare Sonnendurchmesser nur knapp über ein halbes Grad. Kurz gesagt, ich habe schon persönlich die Venus während einer unteren Konjunktion in fast 10 Grad Winkelabstand von der Sonne am Taghimmel problemlos als schmale Sichel beobachtet (die Sonne ist selbst für nicht perfekt parallaktisch ausgerichtete Fernrohre ein guter Anker für die Auffindung der Venus, aber Vorsicht!). Und das ist der typische Verlauf; dass sie gerade maximal ein viertel Grad von der Erdbahnebene entfernt steht (d.h. in unmittelbarer Nähe eines der beiden ihrer Bahnknoten mit der Erdbahnebene) , und nicht wie meist um die 5 Grad oder mehr, ist daher ziemlich selten.

Seit Mitte des zweiten Jahrtausends und bis Ende des aktuellen Jahrtausends erfolgen nun die Venusdurchgänge immer paarweise in acht Jahren Abstand voneinander nach einer langen Pause von ca. 120 Jahren. Sie sind — anders als totale Sonnenfinsternisse! — wie totale Mondfinsternisse immer von der gesamten Erdhälfte aus sichtbar, von der aus gesehen die Venus (bzw. der Mond) gerade über dem Horizont steht. Meistens wird man also genau einmal die Chance haben, ohne Reise (und bei annehmbaren Wetter!) einen solchen Durchgang in seinem Leben zu sehen; es kann aber auch bei langem Leben schiefgehen: eine meiner Großmütter wurde erst einige Jahre nach dem letzten Durchgang 1882 geboren, starb aber schon einige Jahre vor dem Durchgang 2004, obwohl sie ca. 90 Jahre alt wurde.

Die Venus- und Sonnenparallaxe

Aus den Kontaktzeiten (1. Kontakt: Venusscheibe und Sonnenscheibe berühren sich beim Eintritt von außen, 2. Kontakt: von innen, 3. Kontakt von innen vor dem Austritt, 4. Kontakt von außen beim Austritt) läßt sich bei der Beobachtung von unterschiedlichen Standorten auf der Erdhalbkugel, die der Venus dabei zugewandt ist, im Prinzip die Venus- und Sonnenparallaxe ermitteln, d.h. mit der bekannten Entfernung auf der Erde die absolute rämliche Entfernung von Venus, Sonne und Erde in km. Das und der Umstand, dass kein Planet der Erde so nahe kommen kann, wie die Venus, bedingte einige große Versuche in der Weltgeschichte, dieses Ereignis zwecks Ausmessung der Erdbahn (und damit des Sonnensystems mittels der Keplerschen Gesetze) zu nutzen. Leider gibt es verschiedenen Probleme bei der genauen Feststellung der Kontaktzeiten: die Randverdunklung der Sonne, die Luftunruhe, die Beugungs bedingt begrenzte Schärfe des Venusbilds, die Venusatmosphäre… (der so genannte schwarze Tropfen erschwert enorm die Festlegung der Kontaktzeiten; eine Art Brücke zwischen den Rändern beider Himmelskörper) Daher hat man nach dem fünften beobachteten Venustransit 1882 andere Verfahren gewählt, um v.a. genauere Messmethoden heranzuziehen. Merkur und Mars waren weniger geeignet; der Kleinplanet Eros wurde wegen seiner manchmal extrem geringen Erdentfernung mit derselben Methode nochmal für eine bessere Messung genutzt, aber seit der Mitte des zwanzigsten Jahrhunderst hat sich das Radarverfahren bewährt: ironischerweise ist es wiederum die Venus, die für Laufzeitmessungen von Radarsignalen dient (Entfernung und Größe!), um mittels unserer ungeheuer präzisen Atomzeitmessung die Entfernung zu erhalten — die Unebenheiten der Venusoberfläche begrenzen hier die Genauigkeit auf wenige cm!

Die Venustransits der Menschheitsgeschichte

Es bedarf mindestens einer Sonnenfinsternisbrille oder dergleichen, um den dunklen, aber durchaus flächig wirkenden Punkt der Venus (immerhin ziemlich genau eine Bogenminute, also für das menschliche Auge groß genug) vor der Sonne zu sehen; und die Berechnung der um die Zeit der unteren Konjunktion dann nicht mehr (jedenfalls nicht ohne spezielle Hilfsmittel) sichtbaren Venus für den Durchgang muss man auch beherrschen. So ermittelte Johannes Kepler 1630 kurz vor seinem Tod mit seinen für die Zeit exzellenten, unerreichten Planetenbahntafeln, dass 1631 ein Venusdurchgang erfolgen würde. Leider hatten die beiden einzigen Beobachter, die diesen aufgrund Keplers Vorhersage zu sehen versuchten, kein Glück mit der sehr kurzen Stippvisite der Venus vor der Sonne (eine extrem kurze Sehne, viel kürzer als 2004) wegen Wetter und Beobachtungsstandort.

Acht Jahre später berechnete ein junger Engländer namens Horrocks auch kurz vor dem nächsten Durchgang 1639 diesen genau genug, so dass er und sein Freund Crabtree beide diesen Durchgang zumindest zeitweise verfolgen konnten. Das war der erste Venustransit, den je ein Mensch beobachtet hat (zumindest so, dass es nachgewiesen ist; aber es erscheint unwahrscheinlich, dass es schon früher beobachtet wurde, s.o.).

Im 18. Jahrhundert wurden sowohl 1761 wie 1769 große Beobachtungsexpeditionen durchgeführt (s.o., Vermessung des Sonnensystems!). Beim zweiten von Menschen gesehenen Durchgang 1761 verhinderte jedoch eine Kombination aus Kriegswirren und Wettergeschehen, dass viele gute Ergebnisse vorlagen, um eine einigermaßen gute Auswertung machen zu können. Die Bedingungen waren 1769 wesentlich günstiger und aus den Fehlern von 1761 hatte man gelernt. Die berühmte Reise 1769 von James Cook mit der Endeavor nach Tahiti, um das gefährliche Kap Hoorn herum, diente nur dem einen Zweck, weit weg von den britischen Inseln gute Messwerte des Venusdurchgangs zu erhalten! Das schwarze Tropfenphänomen verhinderte jedoch allzu genaue Beobachtungen, Cooks verschiedene Beobachtergruppen maßen trotz praktisch gleichem Standort bis zu 20 Sekunden verschiedene Kontaktzeiten.

Die Durchgänge vier und fünf (1874 und 1882) der Menschheitsgeschichte erlebten schon recht modern anmutende internationale Beobachtungskampagnen mit hunderten professioneller Forscher. Dennoch war die Genauigkeit der Ergebnisse begrenzt; mehr gab die Methode einfach nicht her; ein paar einigermaßen gelungene Fotos aus der Anfangszeit dieser Technik existieren vom 5. Durchgang 1882.

Ausblick: die Venustransits Nr. 6 (2004) und 7 (2012) sind „nur“ noch Ereignisse “just for fun”, außer vielleicht, um evtl. Venusatmosphärenuntersuchungen sowie Kalibrierungen und Tests für Durchgänge extrasolarer Planeten vor anderen Sternen durchzuführen (die Sonnenstrahlung wird durch die Venus um etwa ein Promille geschwächt — Minisonnenfinsternis! —, was zwar nicht bemerk-, aber heute durchaus messbar ist). Von diesem sechsten beobachteten Ereignis 2004 berichte ich nun.

Der Venusdurchgang vom 8. Juni 2004 in Deutschland

Vorspiel

Der Planet Merkur bewegt sich auf einer viel engeren Bahn viel schneller um die Sonne als die Venus; trotz seiner größeren Bahnneigung (ca. sieben Grad, verglichen mit drei) ist sein mittlerer Winkelabstand von der Sonne bei der unteren Kulmination jedoch auch nicht größer als der der Venus: denn er kommt der Erde bei Weitem nicht so nahe.

Letztes Jahr (2003) nutzte ich die Chance, meinen ersten Merkurdurchgang (erfolgen ca. 13 mal pro Jahrhundert, bei Interesse also kein echtes Problem) zu verfolgen, der fast denselben Verlauf hatte, wie dieser Venusdurchgang: Anfang Juni, Beginn kurz nach Sonnenaufgang, Dauer nur wenig kürzer.

Natürlich ist Merkur viel kleiner und keinesfalls mit einer Sonnenfinsternisbrille alleine vor der Sonne sichtbar (nur mittels Fernrohr beobachtbar) und nicht so auffällig (anders) gegenüber den Sonnenflecken. Immerhin bewährte sich das 2003 gewählte Verfahren so, dass wir es für den Venusdurchgang wiederholten, aber diesmal mit Abfotografieren der Sonnenprojektion. Die Projektionsmethode ist hier ideal: bequem und für mehrere Beobachter zugleich sichtbar verschafft sie einen guten Eindruck dieses „kosmischen Schattenspiels“.

Wir verwendeten ein Newton-Spiegeltelekskop mit 114 mm Spiegel und 900 mm Brennweite und Okulare mit 20 bzw. 40 mm Brennweite für die Projektion; die Bilder wurden von der weißen Projektions-Pappe mit einer Digitalkamera von Canon (Powershot A70) gewonnen. Leider erwiesen sich die Verunreinigungen der optischen Flächen des Fernrohrs (Haupt- und Fangspiegel sowie Okularlinsen) als ein wenig störend während der Beobachtung; ein Umstand, der am Nachthimmel kaum bemerkbar ist.

Standort war das Flachdach eines Hauses, um das Ereignis in voller Länge trotz geringer Sonnenhöhe während des Eintritts der Venus beobachten zu können.

Das Wetter entwickelte sich genau gemäß der Vorhersagen meiner Naturwissenschaftler-Kollegen von der Meteorologie: am Montag (dem 7. Juni 2004) vor dem Venustransit Nummer Sechs (in unserer — allzu? — menschlichen Zählung) begann das, was wir in Deutschland Sommer zu nennen pflegen; und jetzt noch, zwei Tage nach dem Ereignis (Mittag des 10. Juni 2004), herrscht trockenes, sonniges Wetter. Ideale Voraussetzungen…

Der Vormittag des 8. Juni 2004

7:00. Das Fernrohr ist schnell nach oben gebracht, wir suchen und finden ebenso rasch die Stelle, von der aus wir im letzten Jahr so gut den Merkurdurchgang sehen konnten.

Die noch tiefstehende Sonne ist entsprechend stark durch Luftunruhe beeinträchtigt; ein Problem, das ich letztes Jahr nicht hatte — denn es war anfangs Hochnebel, so dass ich die beiden ersten Kontakte, d.h. den Eintritt des Merkur, nicht sehen konnte.

7:20. Der erste Kontakt erfolgt erwartungsgemäß unbemerkt, man muss schon sehr genau arbeiten, um die richtige Stelle am Sonnenrand genau genug vorher festzulegen, damit einem das nicht entgeht. Da wir keine Messungen planen, ist das aber auch nicht so wichtig.

7:22. Wir haben sie! Der Rand der Venus hat eine kleine Delle am Sonnenrand verursacht, nun verfolgen wir gespannt die zwanzig Minuten dauernde Wanderung der Venusscheibe vor die Sonne zwischen den Kontakten eins und zwei — auch wenn wir die ersten Minuten verpasst hatten.

Allmählich zeigen sich die wahren Dimensionen des fast erdgroßen Planeten (ca. 12100 km Durchmesser, d.h. nur ca. 5% weniger als die Erde). In der Projektion nimmt die Scheibe eine beachtlich große Fläche ein, immerhin ca. 1/30 des Sonnendurchmessers.

7:39. Der zweite Kontakt: dieser ist natürlich nach der Verfolgung des Hereinwanderns der Venus gut zu beobachten; allerdings verhindert das bekannte, berühmt-berüchtigte Phänomen des „schwarzen Tropfens“ wie erwartet einen genauen Vergleich mit der vorausberechneten Zeit. Alles wirkt irgendwie etwas schwammig…

Nach dem zweiten Kontakt dauert es nun fast fünfeinhalb Stunden, bis es zum dritten Kontakt kommt — genügend Zeit für ausgedehnte Zusatzaktivitäten wie gelegentliche Blicke mit der Sonnenfinsternisbrille, in der die Venus gut als dunkler, nicht wirklicher Punkt vor der Sonnenscheibe zu sehen ist, für Okularwechsel und Versuche, die Projektion zu fotografieren. Das Sonnen- und damit Venusbild wird klarer, da die Luftunruhe aufgrund der größeren Höhe über dem Horizont allmählich nachläßt — obwohl die Temperatur merklich steigt.

Es waren übrigens nur zwei sehr kleine Sonnenflecken (nicht einmal Merkurgroß möchte ich es einmal formulieren!) erkennbar, die in keiner Weise von dem Ereignis abzulenken vermochten — die Sonnenaktivität ist jetzt doch nahe dem Minimum nach dem überraschenden kurzfristigen Wiedererstarken letztes Jahr.

Es hat sich als sinnvoll erwiesen, immer wieder zwischendurch die Projektionspappe vor die Öffnung des Fernrohrs zu halten, um die durch die Sonne verursachte Luftunruhe im Tubus wieder zu verringern; anschließend hatten wir wieder ein klareres Bild.

13:04. Der dritte Kontakt: die Spannung steigt nun wieder, nachdem sich die Venus zuletzt recht zügig dem Rand der Sonnenscheibe näherte auf ihrer in der Tat relativ kurzen Sehne über diese. Wieder verschmilzt die Silhouette der Venus bereits vor dem eigentlichen Kontakt mit dem Sonnenrand über jene schwarze Brücke, dennoch ist alles viel klarer zu sehen, jetzt da die Sonne und damit auch die Venus mehr als 60 Grad hoch am Himmel stehen (für Mitteleuropäer wirkt das wie unmittelbare Zenitnähe).

Recht zügig wandert nun die Venusscheibe wieder von der Sonne; gerade am Schluss geht es sehr schnell, da der Flächenverlust besonders groß wird.

13:20–13:23. Der vierte Kontakt ist wieder schwer zu erkennen, da der Rand bei starker Vergrößerung nicht wirklich scharf ist und flimmert: dennoch können wir den Austritt fast bis zum Schluss verfolgen.

Hier sind noch ein paar Bilder bzw. Ausschnitte davon mit der Uhrzeit, alle Aufnahmen machte Helmut Urbat von der von mir gehaltenen Pappe…

Venus vor der Sonne, Ausschnitt8:04 UT = 10:04 MESZ, kurz vor Mitte des Transit

Venus vor der Sonne, Ausschnitt9:34 UT = 11:34 MESZ, nach der Mitte des Transit

Venus vor der Sonne, Ausschnitt11:07 UT = 13:07 MESZ, nach 3. Kontakt

Venus vor der Sonne, Ausschnitt11:08 UT = 13:08 MESZ, nach 3. Kontakt, Totale zu diesem Ausschnitt

Venus vor der Sonne, Ausschnitt11:10 UT = 13:10 MESZ, nach 3. Kontakt

Venus vor der Sonne, Ausschnitt11:15 UT = 13:15 MESZ, vor 4. Kontakt

Venus vor der Sonne, Ausschnitt11:20 UT = 13:20 MESZ, vor 4. Kontakt

Venus vor der Sonne, Ausschnitt11:22 UT = 13:22 MESZ, ca 1,5 Minuten vor 4. Kontakt

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Bemerkungen etc. an: stefan.urbat@apastron.lb.shuttle.de public key

(URL: http://www.lb.shuttle.de/apastron/venusTr_de.html)

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