Sonnenfinsternis

Die koordinierte Beobachtung der totalen Sonnenfinsternis am 11.8.99

J. Draeger 31.5.2000

Teil II: Technische und Organisatorische Aspekte

1 Aktueller Projektstatus

Der erste Teil [3] der Artikelserie über die koordinierte Beobachtung der totalen Sonnenfinsternis am 11.8.99 beschäftigte sich hauptsächlich mit den Zielsetzungen der geplanten Beobachtungen. In dem hier vorliegenden zweiten Teil soll nun schwerpunktmäßig auf die technischen Aspekte der jeweils benutzten Instrumente eingegangen werden.

Ursprünglich war eine systematische Beschreibung aller von den verschiedenen Beobachtungsgruppen eingesetzten Geräte geplant. Ein solches Vorhaben macht jedoch nur in Verbindung mit entsprechenden Beobachtungsresultaten Sinn. Leider liegen dem Autor bisher nur wenige Erfolgsmeldungen vor. Verantwortlich für diese Entwicklung sind mehrere Ursachen.

Um eine Beschreibung zahlreicher Instrumente zu vermeiden, welche keinerlei Daten beigetragen haben, wurde auf eine “enzyklopädische” Darstellung der geplanten Experimente verzichtet. Umgekehrt liegen dem Autor ausgezeichnete Beobachtungsresultate von Amateuren vor, die sich nicht an der koordinierten Finsternisbeobachtung beteiligt hatten. Um diese aktuelle Entwicklung zu berücksichtigen, wurde das ursprünglich geplante Konzept der Projektdokumentation geändert. Der vorliegende zweite Teil der Artikelserie schildert nun die technischen und organisatorischen Aspekte des vom Autor geplanten Beobachtungsprogramms, während der dritte Teil den persönlichen Erfahrungen bei der Durchführung des Beobachtungsprogramms gewidmet sein wird. Weitere Teile stellen einzelne Messungen und ihre Auswertung vor -- jedoch ohne Anspruch auf Vollständigkeit wie früher beabsichtigt. Manche Leser werden vielleicht verwundert darüber sein, dass auch organisatorische Aspekte besprochen werden. Gerade die Diskussion der Probleme großer Beobachtungsprojekte auf Amateurebene scheint in der Literatur jedoch bisher zu fehlen (siehe etwa [2, 3, 4, 5, ]). Diese Lücke soll hier zumindest teilweise geschlossen werden. Spätestens bei der nächsten in Europa sichtbaren totalen Sonnenfinsternis ist es den Amateuren des deutschsprachigen Raumes wieder möglich, mit umfangreicheren Equipment zu beobachten als es die Beschränkungen einer Flugreise gestatten würden.

Planung des Beobachtungsprogramms

2.1 Konzeption des Beobachtungsprogramms

Die Organisation der koordinierten Finsternisbeobachtung nahm viel Zeit in Anspruch. Dennoch wollte der Autor nicht auf ein eigenes Beobachtungsprogramm verzichten. Unterstützung erhielt er diesbezüglich von der Astronomischen Arbeitsgruppe Laufen (AAL). Weil deren Sternwarte genau auf der Totalitätszone lag, erschien die Aufstellung eines ambitionierten Beobachtungsprogramms naheliegend [3]. Zu den projektierten Experimenten sind folgende Anmerkungen zu machen.

1. Die Auslegung des eigenen Beobachtungsprogramms als bestmögliche Ergänzung zu den anderen Projekten der koordinierten Finsternisbeobachtung hätte die persönlichen Vorlieben und Abneigungen weitgehend ignoriert. Es erschien jedoch ganz im Gegenteil nur fair, die individuellen Wünsche der Beteiligten nach Möglichkeit zu berücksichtigen.

 2.2 Konkretisierung des Beobachtungsprogramms

Die Planung eines anspruchsvollen Beobachtungsprogramms auf dem Papier ist eine Sache, seine spätere praktische Realisierung eine andere. Totale Sonnenfinsternisse zeichnen sich wie kaum ein anderes astronomisches Ereignis durch eine Vielzahl unterschiedlicher Effekte und Phänomene aus, die innerhalb kürzester Zeit aufeinander folgen oder sogar gleichzeitig auftreten. In dieser Hinsicht besonders kritisch ist die Phase der Totalität, welche im Falle der Finsternis am 11.8.99 nur etwas mehr als 2 Minuten dauerte. Ihre Kürze ließ Änderungen der Instrumentenkonfiguration während der Beobachtungen undurchführbar erscheinen. Es verblieb daher nur die Option, für viele Experimente jeweils ein eigenes dediziertes Instrument zu verwenden. Natürlich führte dieser Ansatz zu organisatorischen Problemen. Zwar existierte eine vergleichsweise vielfältige Ausrüstung, welche eine Adaption der vorhandenen Teleskope an verschiedene Erfordernisse gestattete; es war jedoch nicht unmittelbar möglich, viele Instrumente gleichzeitig zu betreiben. Bei den meisten Engpässen konnte man sich jedoch behelfen. So ließ sich die Auswahl an Teleskopen durch photographische Teleobjektive komplettieren. Hinsichtlich der ungenügenden Anzahl geeigneter Montierungen wurden einerseits jeweils mehrere Instrumente auf einer einzigen Montierung zusammengefasst, andererseits verschiedene Geräte als Gegengewichte parallaktischer Montierungen und in einigen speziellen Fällen auch Montierungen ohne Nachführung eingesetzt. Eine wirkliche Mangelware bildeten dagegen die Detektoren. Aufgrund ihres immer noch recht beachtlichen Anschaffungspreises stand nur eine einzige CCD zur Verfügung. Zwar sind photographische Kameras im Falle der Finsternisbeobachtung ein vollwertiger Ersatz, doch waren solche mit Spiegelreflex-Optik und mit T- oder M42-Adapter als Standardanschluss ebenfalls relativ rar. Eine manchmal brauchbare Alternative stellte die Verwendung von Videokameras dar. Natürlich sind diese Systeme alles andere als ideal für astronomische Anwendungen; insbesondere die Auflösung ist relativ gering. Dafür ermöglichen sie aber eine Automatisierung, welche das Beobachtungsteam entlastet. Derartige Überlegungen führten schließlich zum nachfolgend wiedergegebenen Beobachtungsprogramm, welches zur Vermeidung von Fehlbedienungen weiter detailliert und durch einen realistischen Zeitplan ergänzt wurde.

Das Beobachtungsprogramm für die einzelnen Instrumente ließ in der Regel einen gewissen Zeitraum während der Totalität ungenutzt, um unerwartete Verzögerungen abfangen zu können und um dem Beobachtungsteam einen Blick auf die Finsternis mit bloßem Auge zu ermöglichen.

3 Technische Probleme

3.1 Optosensoren

Zwei Experimente sollten das erdatmosphärische Streulicht mit Hilfe von Licht/Frequenz-Wandlern beobachten, welche jeweils als Optosensoren dienten. Theoretische Überlegungen ließen es am zweckmäßigsten erscheinen, den Himmel sowohl am Horizont als auch am Zenith kontinuierlich zu verfolgen.

Zenith: Das Zenith-Experiment diente zur Überwachung der Wellenlängenabhängigkeit der atmosphärischen Streuprozesse durch simultane Photometrie in den UBVRI-Bändern. Es war geplant, die entsprechenden Farbgläser in einem Filterrad zu montieren und mit Hilfe eines elektrischen Antriebs kontinuierlich vor dem Optosensor durchzuschalten. Horizont: Das Horizont-Experiment war ähnlich konzipiert wie das Zenith-Experiment, verwendete aber einen Interferenz-Verlaufsfilter anstelle der photometrischen Breitbandfilter. Dessen einzelne voneinander separierte Filterbereiche besaßen eine Spektralbreite von jeweils 5nm, so dass eine Identifikation des von Protuberanzen und Chromosphäre stammenden H-a -Anteils. Der Filter sollte mit Hilfe eines elektrischen Antriebs vor dem Licht/Frequenz-Wandler hin- und herbewegt werden.

Die Registrierung der Optosensor-Signale übernahm ein Interfacesystem zur Messwerterfassung. Leider konnte damit keine verlässliche Registration der Sensorsignale verwirklicht werden. Es ergaben sich regelmäßig erhebliche Abweichungen zwischen den Resultaten des verwendeten Interfacesystems und denen eines geeichten Kontroll-Instruments. Für eine vollautomatische Messwertaufzeichnung war jedoch allein das Interfacesystem eingerichtet. Letztlich musste daher die Verwendung der Licht/Frequenz-Wandler einschließlich der zu ihnen gehörenden Experimente aufgegeben werden, um eine zusätzliche Arbeitsbelastung des Beobachterteams zu vermeiden.

3.2 SIT-CAM

Ein Experiment war für die kontinuierliche Erfassung des Flash-Spektrums mit Hilfe einer SIT-CAM (Silicon Intensified Target CAMera, d.h. ein integrierter Detektor bestehend aus einem CCD-Array und einem Image-Intensifier.) ausgelegt. Deren Chip besaß eine relativ hohe Auflösung, war vergleichsweise groß, und deckte infolge des enthaltenen Image Intensifiers den blauen Spektralbereich gut ab. Allerdings muss beim Einsatz des Geräts größte Vorsicht angewandt werden, um eine Beschädigung durch einfallendes Photosphärenlicht auszuschließen. Letztlich konnte kein Verfahren gefunden werden, bei dem die SIT-CAM gefahrlos für den gewünschten Zweck hätte verwendet werden können. Angesichts des finanziellen Wertes der Kamera und der relativ hohen Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung wurde letztlich auf ihre Benutzung verzichtet.

3.3 Spalt-Spektrograph

Ein gerade im Umbau befindlicher Spaltspektrograph sollte zur detaillierten Untersuchung der Profile von koronalen und von chromosphärischen Linien dienen. Insofern hätte der Spaltspektrograph eine wertvolle Ergänzung zu den verwendeten spaltlosen Spektrographen dargestellt. Leider war schon bald erkennbar, dass die erforderlichen Umbaumaßnahmen nicht bis zur Sonnenfinsternis abgeschlossen werden konnten. Es verblieb daher nur, die Arbeiten an diesem Instrument bis nach der Sonnenfinsternis ruhen zu lassen und auf das entsprechende Experiment zu verzichten.

4. Diskussion

4.1 Konzeptionelle Aspekte

• Infolge der verschiedenen in Abschnitt 1 genannten Gründe war die Ausfallrate der Beobachtungsprojekte bei der koordinierten Finsternisbeobachtung höher als erwartet. Die Erfahrungen lassen eine enge Kooperation zwischen mehreren Beobachtungsgruppen im Sinne sich gegenseitig ergänzender Messungen wenig aussichtsreich erscheinen. Oft genug können die benötigten Daten von zumindest einer der beteiligten Parteien nicht zur Verfügung gestellt werden.
• In das Bobachtungsprogramm der AAL wurde eine gewisse Redundanz eingebaut, um etwaige Beobachtungsfehler kompensieren zu können. Im Gegenzug machte dies jedoch aufwendigere Vorbereitungen erforderlich. Außerdem nahmen die zahlreichen Geräte das Beobachtungsteam stärker in Anspruch. Letztlich sind redundante Experimente daher meist ineffizient und kontraproduktiv. Sie scheinen aber dann sinnvoll zu sein, wenn eine räumliche, technische und personelle Trennung voneinander möglich ist. Eine solche Verteilung der Verantwortlichkeiten vermeidet unnötige Zusatzbelastungen von Einzelpersonen. Modularisierungen des Beobachtungsprogramms sind generell empfehlenswert.
• Verschiedene nationale und internationale Beobachtungskampagnen, welche außerhalb der koordinierten Finsternisbeobachtung organisiert wurden, hatten sich die Untersuchung spezieller Aspekte der Finsternis zum Ziel gesetzt. Es erwies sich für die AAL als vorteilhaft, an diesen Vorhaben teilzunehmen. Weil Konzipierung, Organisation und Datenreduktion der Experimente ausgelagert waren, konnte der persönliche Arbeitsaufwand für Realisierung und Auswertung dieser Experimente erstaunlich niedrig gehalten werden. Ein weiterer Vorteil war die Unterstützung mit Hardware wie etwa kalibrierten Filmmaterial.

4.2 Zeitliche Aspekte

Das vorgesehene Beobachtungsprogramm sollte mehrmals geprobt werden, um den Arbeitsablauf einzuüben. Leider konnte dieses Training aufgrund zahlreicher unerwarteter Verzögerungen nicht wie geplant durchgeführt werden. Selbst für eine technische Überprüfung des Equipments blieb teilweise nicht mehr die Zeit. Für diese Zeitprobleme waren mehrere unterschiedliche Ursachen verantwortlich:

• Die Größe des Beobachtungsteams machte eine terminliche Abstimmung problematisch. Aufgrund der räumlichen Enge auf der Sternwarte erschien es jedoch notwendig, die Beobachtungskampagne in ihrer Gesamtheit zu proben, um eventuelle gegenseitige Behinderungen identifizieren zu können. Unter diesen "Vollständigkeits-Anspruch” litt das Beobachtungstraining erheblich.
• Mehrere Änderungen im Beobachtungsprogramm führten in Verbindung mit technisch bedingten Verzögerungen dazu, dass einige Instrumente erst sehr spät für Tests und Training zur Verfügung standen.
• Der Autor unterschätzte anfänglich die Arbeit, die mit der Integration der Instrumente verbunden war. Trotz vielfältiger Unterstützung konnten nicht alle Aktivitäten wie geplant abgeschlossen werden.
• Der Zeitbedarf zur Einarbeitung in die Bedienung fremden Equipments wurde unterschätzt. Um unangenehme Überraschungen zu vermeiden, ist eine intensive Beschäftigung mit geliehener Ausrüstung aber unbedingt notwendig. Im Falle einer photographischen Kamera führte beispielsweise eine falsche Position des Einstellrings für die Belichtungszeit zu einer dauernden Aktivierung der Belichtungsautomatik, welche letztlich die neu eingesetzten Batterien erschöpfte. Als der Fehler unmittelbar vor der Finsternis bemerkt wurde, war es für Gegenmaßnahmen zu spät.

Aus den gemachten Erfahrungen ergeben sich die folgenden Empfehlungen:

• Bei der Planung des Beobachtungsprogramms überprüfe man nicht nur seine Ausführbarkeit während der Finsternis, sondern auch die termingerechte Durchführbarkeit der notwendigen Vorbereitungen.
• Ein frühzeitiges Training an den Beobachtungsinstrumenten ist mit einer großen Anzahl Leihgaben nur schwer vereinbar.
• Für die Vorbereitungen einschließlich Instrumententests sollte ebenso wie für das eigentliche Beobachtungsprogramm ein Zeitplan erstellt werden. Seine Einhaltung ist wiederholt zu prüfen.
• Man sollte bei einer unmittelbar bevorstehenden Finsternis nur bereits weitgehend bekannte Instrumente einsetzen. Sonst besteht die Gefahr großer Zeitverzögerungen aufgrund technischer Schwierigkeiten. Unter Umständen ist auch mit fehlerhaften Angaben der Hersteller über die von ihnen vertriebenen Produkte zu rechnen.

4.3 Organisatorische Aspekte

Die Beobachtungskampagne der AAL wurde von vielen Personen durch Leihgaben technischer Geräte unterstützt. Dies stellte eine äußerst wertvolle Hilfe dar. Allerdings ist die Nutzung von Leihgaben auch mit Problemen behaftet.

• Kann man sich Kameras oder Teleobjektive normalerweise relativ problemlos von Bekannten und Verwandten ausleihen, treten bei einer totalen Sonnenfinsternis diesbezüglich Schwierigkeiten auf: Die meisten Leute mit einer guten Fotoausrüstung wollen das Ereignis selbst auf Film festhalten und daher allenfalls solches Material verleihen, das nicht für die eigenen Zwecke brauchbar ist.
• Selbst zu fortgeschrittener Zeit konnten viele Eigentümer noch keine definitiven Zusagen über die Verleihbarkeit einzelner Geräte machen. Dies ist nur allzu verständlich, doch ergab sich so für die AAL eine andauernde Planungsunsicherheit.
• Die jeweiligen Eigentümer benötigten das zur Finsternis verliehene Material zuvor oft noch für andere Zwecke; infolgedessen erfolgte die Aushändigung der Ausrüstung teilweise erst relativ spät.
• Da die verliehenen Geräte von ihren Besitzern manchmal schon lange Zeit nicht mehr benutzt wurden, sind diese gelegentlich in einem nicht mehr einwandfreien Zustand und müssen dann erst wieder betriebsfähig gemacht werden.
• Die für geliehene Instrumente gebauten Zusatzgeräte sind kaum ein zweites Mal nutzbringend zu verwenden.

• Üblicherweise muss man für Integration und Test eines Instruments bis zum Eintreffen aller Einzelkomponenten warten. Daher empfiehlt es sich, möglichst gleich komplette Teleobjektiv/Kamera-Kombinationen zu organisieren.

4.4 Personelle Aspekte

• Die gemachten Erfahrungen lassen es sinnvoll erscheinen, das Beobachtungsprogramm soweit wie möglich auf separate Beobachtungsteams zu verteilen. In die Verantwortlichkeit dieser Teilgruppen fallen dann Integration und Test der jeweils zugeordneten Instrumente sowie das Training an ihnen.
• Die Größe des ursprünglichen Beobachtungsteams der AAL von über 7 Personen war auf Amateurebene nicht mehr als geschlossene Einheit zu handhaben, weil Beruf und Familie für die Beteiligten in der Regel Vorrang gegenüber der Astronomie besitzen.
• Eine Verkleinerung des Beobachtungsteams kann die Effizienz steigern. Allerdings darf die Arbeitsbelastung der einzelnen Team-Mitglieder nicht zu hoch werden. Weil man zudem damit rechnen muss, dass bis zum Eintreten der Totalität noch Leute aus dem Team ausscheiden -- sei es durch Krankheit, wegen fehlendem Urlaub oder aus familiären Gründen -- ist ein “minimales” Team nach Möglichkeit zu vermeiden.

  

• Zur Vermeidung von Reibungsverlusten sollte man auf eine gewisse Homogenität des Beobachtungs-Teams Teams achten, da unterschiedliche Einstellungen zum Hobby Astronomie erfahrungsgemäß zu Spannungen führen. Beispielsweise verfügen Amateure, welche eine wissenschaftlich orientierte Finsternisbeobachtung anstreben, häufig über größeres und aufwendigeres Equipment als diejenigen Beobachter, welche lediglich zwecks schöner Bilder photographieren wollen; außerdem erfordern Kalibrationsaufnahmen während der partiellen Phase häufig einen relativ frühzeitigen Abschluss der Vorbereitungen. Dadurch kann bereits der Zeitablauf der Vorbereitungen Streitigkeiten verursachen (siehe auch [1]).

5 Danksagung

Dank schulde ich den nachfolgend in alphabetischer Reihenfolge genannten

Personen und Institutionen:

• Den am Rottmayr-Gymnasium Laufen tätigen Lehrkräften Herrn Dr. Bochter, Herrn Dreisbach und Herrn Inhester für die Zurverfügungstellung unterschiedlichen Equipments.
• Herrn Dr. Eder, Herrn Kamml und Herrn Pilzer für die umfangreiche Unterstützung in der Vorbereitungsphase der Beobachtungskampagne.
• Herrn Dr. Beisker, Herrn Dr. Eder, Herrn Goletz, Herrn Inhester, Herrn Kamml, Herrn Dr. Knülle, Herrn Olschewsky, Herrn Pilzer und Herrn Reiser für die Zurverfügungstellung verschiedener Geräte und Instrumente.
• Herrn Dr. Woehl vom Kiepenheuer-Institut für Sonnenphysik für die geleistete Unterstützung bei der Erfassung der Daten des irdischen g -Hintergrundes
• Herrn Dr. Zeitler für die Beratung hinsichtlich der zu verwendenden Filmemulsionen.
• Der Astronomischen Arbeitsgruppe Laufen für die finanzielle, technische, organisatorische und ideelle Unterstützung des Projekts.
• Dem Institut für Radiochemie der TU München, dem Deutschen Wetterdienst in Hamburg, dem Meteorologischen Institut der Ludwig-Maximilians Universität und dem Bundesamt für Strahlenschutz für die Unterstützung spezieller Beobachtungsprojekte.
• Allen weiteren Personen und Institutionen, welche bei Planung und Ausführung der Beobachtungskampagne geholfen haben.

Literatur

1. R. Beck, H. Hilbrecht, K. Reinsch, P. Völker: Handbuch für Sonnenbeobachter, Vereinigung der Sternfreunde e.V. 1982
2. J. Charles: The Eclipse Chaser's Guide to ... WOW!, erscheint demnächst, siehe auch http://www.eclipsechaser.com
3. J. Draeger: Aufruf zur (koordinierten) Finsternisbeobachtung, Mitteilungsblatt der FG Sonne 23(1999)8
4. J. Draeger: Call for a (coordinated) eclipse observation, Mitteilungsblatt der FG Sonne 23(1999)43
5. J. Draeger: Die koordinierte Beobachtung der totalen Sonnenfinsternis am 11.8.99, Teil I: Überblick über das Projekt, Mitteilungsblatt der FG Sonne, erscheint demnächst
6. P. Harrington: Eclipse!, Wiley 1997
7. M. Littmann, K. Willcox: Totality: Eclipses of the sun, University of Hawaii Press 1991
8. M. Maunder, P. Moore: The Sun in Eclipse, Springer 1998

 Nachtrag zu Teil 1 - Tabellen:

Joachim Dräger - draeger@informatik.tu-muenchen.de

Letzte Änderung: 2000-12-14