J. Draeger, Dez. 2000
2.4. Haltern
2.4.1. Meßkampagne
Die Ortschaft Haltern befindet sich auf einer geographischen Länge von 7.18 Grad O und einer geographischen Breite von 51.75 Grad N. Sie unterlag somit keiner Totalität, sondern lediglich einer 94%igen Verfinsterung (93.2% Fläche) um 11:30:38 MESZ mit
Zeit (MESZ) Pw Nord Pw Zenit
1. Kontakt 11:12:24 entsprechend t=40344s 280 310
4. Kontakt 13:51:06 entsprechend t=49866s 111 107
Von W. Strickling wurden dort Messwerte für die Himmelshelligkeit und Temperatur erfaßt [5]. Dies geschah mit Hilfe einer fest montierten Wetterstation, die auf Basis der C-Control-Unit von Conrad-Electronic arbeitete. Am Tag der Finsternis herrschte eine lockere Cumulusbewölkung vor. Leider war die Sonne während der Phase der größten Finsternis durch Wolken verdeckt.
2.4.2. Helligkeit
Die Himmelshelligkeit ist im gewissen Sinn vergleichbar mit der Globalstrahlung. Beide Parameter geben an, welche Energie lokal in die Atmosphäre deponiert wird. Während jedoch die Himmelshelligkeit nur die visuelle Spektralregion erfasst, wird im Falle der Globalstrahlung auch der infrarote Anteil berücksichtigt. Als Sensor diente der Chip TSL230 von Texas Instruments, welcher die Lichtintensität mit einer Genauigkeit von etwa 20% in eine Frequenz umsetzt. Er ist unter einer Lichtstreukuppel montiert und kann in seiner Empfindlichkeit durch Veränderung der Chipfläche um den Faktor 10 und 100 angepasst werden. Zusätzlich kann die Ausgangsfrequenz durch 2, 10 und 100 geteilt werden. So ergibt sich eine hohe Dynamik des Sensors. Er liefert einen TTL-Ausgangspegel, so dass er direkt am Parallelport eines PC bzw. am Frequenzeingang der C-Control-Unit betrieben werden kann. Die gemessenen Daten sind in Abbildung 10 wieder gegeben. Wie man leicht sehen kann, war die Bewölkung außergewöhnlich stark. Dennoch fand zumindest kurz nach der maximalen Verfinsterung bei etwa t=45000s -- erkennbar an dem starken Helligkeitseinbruch -- eine momentane Auflockerung statt. Es ist jedoch fraglich, inwieweit diese auf die ablaufende Bedeckung zurückzuführen ist, da vergleichbare Effekte bereits vor dem 1. Kontakt feststellbar sind.
Abbildung 10: Die Himmelshelligkeit in Haltern am Tag der Finsternis.
Abbildung 11: Der Temperaturverlauf in Haltern am 11.8.99 (oben) und seine Korrelation mit der Himmelshelligkeit (unten).
2.4.3. Temperatur
Das Ausgangssignal des zur Temperaturmessung verwendeten Chips KTY 87-205 wurde mit Hilfe einer C-Control Einheit protokolliert. Die erhaltenen Messwerte sind auf etwa 0.9 Grad Celsius genau. Der Sensor befand sich zum Zeitpunkt der Messungen auf einem etwa 10m hohen Dach eines Gebäudes in der Stadt. Nach Ansicht von W. Strickling ist dies eine mögliche Erklärung für die registrierten starken Temperaturschwankungen (siehe Abbildung 11 oben). Sie korrelieren bemerkenswert gut mit der Himmelshelligkeit (siehe Abbildung 11 oben). Dies wurde vermutlich durch den relativ geringen Bewölkungsgrad während der maximalen Phase der Bedeckung bewirkt. Infolgedessen konnte sich der wechselnde Strahlungseinfall voll auf die Temperatur auswirken.
2.5. Metz
2.5.1. Messkampagne
In Metz, das auf einer geographischen Länge von 6.197 Grad O und einer geographischen Breite von 49.222 Grad N liegt, fanden durch W. Strickling Messungen der Himmelshelligkeit, der Temperatur und der Windgeschwindigkeit statt [5]. Die Datenaufzeichnung erfolgte mit Hilfe eines Notebooks. Aus den gemessenen Daten sind infolge der vorhandenen Bewölkung jedoch nur begrenzte Rückschlüsse möglich. Tendenziell nahm die Bewölkung noch vor dem ersten Kontakt zu, um dann zwischen dritten und vierten Kontakt etwas aufzulockern. Die Kontaktzeiten lauten
Zeit (MESZ) Pw Nord Pw Zenit
1. Kontakt 11:09:18 entsprechend t=40158s 284 318
2. Kontakt 12:27:55 entsprechend t=44875s 104 123
3. Kontakt 12:30:13 entsprechend t=45019s 287 307
4. Kontakt 13:51:33 entsprechend t=49893s 107 103
Abbildung 12: Die Messwerte der Himmelshelligkeit in Metz am 11.8.99.
2.5.2. Helligkeit
Die visuellen Beobachtungen des Wetterverlaufs werden durch den Verlauf der Himmelshelligkeit bestätigt (siehe Abbildung 12). Die Messwerte zeigen, dass die Wolkendecke zunächst weitgehend geschlossen blieb; erst nach der Totalität setzte eine gewisse Auflockerung ein. Die Himmelshelligkeit sank von 6.8 Lux beim zweiten Kontakt am Höhepunkt der Verfinsterung auf 2.3 Lux ab. Dies entspricht nach W. Strickling etwa der 10fachen Helligkeit einer Vollmondnacht bzw. der Helligkeit in der Dämmerung bei einem Sonnenstand von etwa 6 Grad unter dem Horizont.
2.5.3. Temperatur
Die Temperaturregistrierung in Metz erfolgte mit Hilfe des Chips LM 75 von National Semiconductors mit einer Auflösung von einem halben Grad Celsius. Das Ausgangssignal wurde über die parallele Schnittstelle in einen PC eingelesen. Die registrierten Daten (siehe Abbildung 13 oben) deuten denselben Wetterverlauf an wie die Messwerte der Himmelshelligkeit. Während bis zum Eintreten der Totalität der Temperaturabfall lediglich 2.5 Grad C betrug -- vermutlich auf einen Dämpfungseffekt der Bewölkung zurückzuführen -- stieg die Temperatur nach dem drittem Kontakt von 15.5 Grad C auf 19.5 Grad C. Die transparenter werdende Bewölkung dürfte für einen nennenswerten Teil dieses Anstiegs verantwortlich sein. Nach dem Beobachtungsbericht von W. Strickling wurde subjektiv der Temperaturabfall bis zum 2. Kontakt deutlich stärker empfunden als es den objektiven Messungen entsprach.
2.5.4. Wind
Als Anemometer kam ein dreiflügeliges Windrad mit horizontalen Schaufeln zum Einsatz. Die Drehgeschwindigkeit wurde über eine Lichtschranke mit dem PC gemessen. Die Genauigkeit betrug etwa 20%; das Ansprechen des Winrades erforderte eine minimale Windgeschwindigkeit von etwa 2 m/s. Die damit gemessene Windstärke (siehe Abbildung 14 ) zeigt nach dem ersten und vor dem vierten Kontakt bei etwa t=41200s und bei etwa t=47200s jeweils einen kurzen, steilen Einbruch. Zwischen diesen beiden Einbrüchen liegt ein langgezogener Bereich, in dem die Windstärke tendenziell abnimmt. Die Windrichtung in Bodennähe blieb von den Ereignissen weitgehend unbeeinflusst und wehte anfangs aus NW, nach dem ersten Kontakt dann aus NNO.
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Abbildung 13: Der Temperaturverlauf in Metz am 11.8.99 (oben) und seine Korrelation mit der Himmelshelligkeit.
Abbildung 14: Die in Metz am 11.8.99 gemessene Windstärke unterlag aufgrund ständiger Böen beträchtlichen Schwankungen. Um überhaupt Aussagen über eine etwaige Tendenz dieses Parameters machen zu können, wurden anstelle der Rohwerte von vornherein die über 11 Minuten gemittelten Werte verwendet.
In großen Höhen war jedoch ein anderes Verhalten als in Bodennähe beobachtbar. Die Zugrichtung der Wolken kehrte sich von zunächst NNW nach der Totalität auf S bis SW um. Weil vor der Totalität überwiegend niedrige und mittelhohe Stratus und Altostratus zu sehen waren, nachher überwiegend mittelhohe Altostratus, kann diese Veränderung aber auch von indirekter Natur gewesen sein; die sich von Anfang an in südliche Richtung bewegenden mittelhohen Wolken wären dann zunächst von den nach NNW ziehenden niedrigen Wolken verdeckt gewesen
2.6. München
In München (geographische Länge 11.58 Grad O, geographische Breite 48.13 Grad N) wurden durch J.-L. Dighaye und G. Tomezzoli thermische und hygrometrische Daten während der Finsternis gesammelt. Hinsichtlich der Kontaktzeiten gelten die bereits für Garching gemachten Angaben. Die eingesetzte Hardware war ein Lambrecht Thermo-Hygrograph 252 Ua. Leider zeigte dieses Gerät bei einem thermischen Schocktest eine Zeitkonstante von etwa 10 Minuten und somit eine beträchtliche Trägheit; genaue Angaben beispielsweise über das tatsächliche Ausmaß der Abkühlung während der Totalität sind somit nicht zu erwarten. Andererseits wurden von der verantwortlichen Beobachtungsgruppe für je zwei Tage vor und nach der Finsternis Vergleichsmessungen durchgeführt, welche etwaige Abweichungen der Wetterentwicklung recht gut absichern. In der folgenden Tabelle sind die Resultate der Messungen in Viertelstunden-Abständen zusammengefasst; eine höhere zeitliche Auflösung erschien infolge der festgestellten Trägheit des Instruments sinnlos.
Vergleichstage 11.8.99 Effekt
Zeit Temp. Feuchte Temp. Feuchte Temp. Feuchte
MESZ Grad C % Grad C % Grad C %
11:00 0 0 19.9 48 0 0
11:15 +0.15 -0.75 19.4 53 -0.6 +6
11:30 +0.23 -1.5 19.3 54 -0.8 +8
11:45 +0.30 -2.0 19.0 54 -1.2 +8
12:00 +0.50 -2.0 19.3 54 -1.1 +8
12:15 +0.75 -2.5 18.8 57 -1.8 +12
12:30 +0.78 -2.0 18.7 58 -2.0 +12
12:45 +1.03 -2.75 18.4 58 -2.5 +13
13:00 +1.18 -3.75 18.0 60 -3.0 +16
13:15 +1.40 -5.25 18.1 61 -3.2 +18
13:30 +1.50 -5.75 18.6 60 -2.8 +18
13:45 +1.53 -6.25 18.9 58 -2.5 +16
14:00 +1.60 -7.75 19.7 56 -1.7 +16
14:15 +1.83 -8.0 20.1 53 -1.6 +13
14:30 +2.03 -8.75 20.5 48 -1.4 +9
Die Messungen an den vier Vergleichstagen 9.8, 10.8, 12.8 und 13.8 wurden gemittelt. Die erhaltenen Durchschnittsdaten sind in den Spalten zwei und drei der obigen Tabelle wieder gegeben, bezogen jeweils auf den Messwert um 11 Uhr MESZ. Sie repräsentieren damit gewissermaßen ein Normklima, mit dem sich die Messdaten am Tag der Finsternis in den Spalten vier und fünf -- aufgeführt als Absolutwerte -- vergleichen lassen; die Resultate eines solchen Vergleichs sind in Form von Absolutwertdifferenzen in den letzten beiden Spalten aufgeführt, erneut bezogen auf die Werte um 11 Uhr MESZ. Der gemessene Temperaturabfall betrug etwa 3 Grad Celsius. Die Luftfeuchtigkeit nahm während der Finsternis um bis zu 18% zu.
2.7. Schlussbemerkung
2.7.1. Allgemeines
Einer der Ziele bei der Durchführung meteorologischer Beobachtungen an verschiedenen Standorten war der Vergleich der Wetterentwicklung während der Finsternis aufgrund der Modulation der solaren Strahlung durch den Bedeckungsvorgang. Die deutschlandweite starke Bewölkung führte jedoch dazu, daß an allen hier aufgeführten Beobachtungsstandorten die Störeinflüsse bei weitem überwogen (siehe Abbildung 1, 5, 10 und 12). Detaillierte quantitative Vergleiche besitzen daher nur geringe Aussagekraft
2.7.2. Helligkeit
Temperatur und Himmelshelligkeit sind in Metz (siehe Abbildung 13 oben) ähnlich zueinander korreliert wie in Haltern (siehe Abbildung 11 oben). Bemerkenswerterweise variiert die Temperatur in Haltern stärker als in Metz, obwohl die Finsternis in Haltern im Gegensatz zu Metz lediglich partiell war. Ursache ist aller Wahrscheinlichkeit nach die unterschiedlich starke Bewölkung. Während Metz unter einer mehr oder weniger geschlossenen Wolkendecke verblieb, fanden in Haltern einige Aufheiterungen statt.
2.7.3. Wind
Messungen der Windstärke fanden nur in Garching und in Metz statt. Trotz der großen Entfernung beider Orte voneinander ist die qualitative Übereinstimmung der Messungen zwischen t=38000s und t=50000s überraschend. Die Einbeziehung eines umfassenderen Zeitintervalls wurde vermieden, um den Einfluss statistischer bzw. numerischer Artefakte an den beiden Enden der Messwertsequenz zu begrenzen. Folgende gemeinsame Merkmale können identifiziert werden:
Etwa t=38000s Lokales Minimum
Etwa t=40000s Lokales Maximum
Etwa t=42000s Globales Maximum für die Zeit vor der Totalität
Etwa t=44000s Lokales Maximum
Das in Garching sehr deutlich ausgeprägte globale Minimum bei etwa t=43000s besitzt keine Entsprechung in Metz. Ab etwa t=43500s ist bis etwa t=45000s an beiden Orten eine abnehmende Tendenz der Windstärke festzustellen; danach lässt sich bis etwa t=47500s ein näherungsweises konstantes Verhalten beobachten. Bei etwa t=49000s schließlich existiert ein weiteres gemeinsames lokales Maximum. Obwohl jedoch mehrere Gemeinsamkeiten vorhanden sind, ist deren Rückführbarkeit auf die Finsternis fraglich. Möglicherweise stellen sie lediglich Artefakte der allgemeinen Wetterlage dar.
2.7.4. Temperatur
Generell erreicht die Lufttemperatur nach der Finsternis höhere Werte als vorher. Diese Erscheinung ist eventuell ein Beleg für eine finsternisinduzierte Wetterbesserung. Immerhin war auch in Haltern die maximale Temperatur nach der Finsternis höher als vorher; die gegenüber Garching und Metz relativ geringe Ausprägung dieses Anstiegs scheint angesichts der Lage von Haltern außerhalb der Totalitätszone verständlich. Möglicherweise ist die erhöhte Temperatur nach der Finsternis aber auch allein auf den zu diesem Zeitpunkt höheren Sonnenstand zurückführbar. Einige Kontroll-Beobachtungen von W. Strickling machen eine solche Deutung letztlich am wahrscheinlichsten. In Haltern beispielweise wird das Temperaturmaximum im August in der Regel erst gegen 16 Uhr MEZ erreicht.
2.7.5. Luftdruck
Einige Charakteristika der Luftdruckkurven sind wahrscheinlich auf die allgemeine Wetterlage zurückzuführen und haben somit nichts mit der eigentlichen Finsternis zu tun. Das Maximum bei etwa t=38000s und die Minima bei etwa t=50000s sowie t=53000s in den Garchinger Daten sind anders kaum erklärbar. Bemerkenswerterweise wird das Druckminimum etwa 15-30 Minuten später eingenommen als das Minimum der Globalstrahlung bzw. Himmelshelligkeit. Die Ursache für diese Verzögerung dürfte die Trägheit der Atmosphäre sein. Diese Deutung wird durch den Verlauf der Windstärke bestätigt. In Garching erreicht die Windstärke erst etwa 5 Minuten nach dem Minimum der Globalstrahlung ebenfalls einen Tiefstwert; es sind also auch noch nach Ende der Totalität Luftströmungen vorhanden. Unklar ist, ob das weitere Absinken des Luftdrucks innerhalb der nächsten 10 Minuten ein im wesentlichen lokaler Effekt ist oder Ausgleichsbewegungen eine entscheidende Rolle spielen.
3. Nichtmeteorologische Untersuchungen
Ergänzend zu den meteorologischen Beobachtungen wurden noch einige andere Untersuchungen durchgeführt, welche die Messung der elektrischen Ladung des Mondes, die Überwachung der irdischen Ionosphäre und einige Feststellungen im biologischen Bereich zum Ziel hatten. Infolge unzureichender Kenntnisse des Autors auf den genannten Gebieten wird die Auswertung dieser Beobachtungen jedoch anderen Arbeitsgruppen überlassen. Konkrete Ergebnisse liegen noch nicht vor.
3.1. Elektrische Ladung des Mondes
Der Mond ist der kurzwelligen UV- und X-Strahlung der Sonne ausgesetzt, ohne durch eine Atmosphäre geschützt zu sein. Eventuell kann so auf seiner Oberfläche eine geringfügige elektrische Nettoladung induziert werden. Der Mond wirkt dann bei seinem Vorübergang vor der Sonne als elektrostatische Linse, welche die geladenen Teilchen des Sonnenwindes ablenkt, und ändert so den Anteil des Sonnenwinds, der auf die Erde trifft. Infolge der Reaktionen der Sonnenwindteilchen mit der irdischen Atmosphäre kann man diesen Einfluss des Mondes über die Intensität der an der Erdoberfläche vorhandenen Hintergrundstrahlung mit Hilfe von Geiger-Müller Indikatoren messen.
Der Effekt, um den es hier geht, ist leider nicht leicht zu erfassen. Lediglich 13% der Hintergrundstrahlung sind nichtirdischen Ursprungs; und von den 13% ist wieder nur ein geringer Anteil auf den Sonnenwind zurückzuführen. Selbst wenn der Mond eine geringfügige elektrische Ladung besitzen sollte, was nicht unbedingt der Fall sein muss, sind die zu registrierenden Variationen also sehr gering. Die Angabe einer Untergrenze der Variationsamplitude ist nicht ohne weiteres möglich, da eine Abschätzung der zu erwartenden Stärke der elektrischen Ladung des Mondes aufgrund fehlender theoretischer Modelle scheitert. Um die Resultate gegen statistische Fehler abzusichern, ist daher eine möglichst große Anzahl von Messstellen wünschenswert; diese Messstellen können durchaus auf ein weites Umfeld des Finsternispfades verteilt sein. Eine solche weiträumige Verteilung ist möglich, da sich die Elektro-Optik einer Sonnenfinsternis, die bei dem hier vorgestellten Projekt eine Rolle spielt, von der bei der Festlegung der Totalitätszone interessierenden reinen Strahlungsoptik beträchtlich unterscheidet.
Alan C. Pickwick hatte es sich zur Aufgabe gesetzt, eine solche Sammlung der Daten des Strahlungshintergrunds von europaweit verteilten Messstellen durchzuführen und hinsichtlich einer etwaig vorhandenen elektrischen Ladung des Mondes auszuwerten. Von Seiten des Autors war geplant, dieses Vorhaben durch Weiterleitung der entsprechenden Daten des ODL-Messnetzes zur Überwachung der Umweltradioaktivität zu unterstützen. Dieses Messnetz des IMIS erfasst die ODL-Werte im Routinebetrieb im 2-Stunden Takt. Mit einer entsprechenden zeitlichen Auflösung werden zudem standortbezogene Daten zur Niederschlagsmenge über das Wetter-Radar des DWD erfasst, wobei diese Daten jedoch mit einem erheblichen Fehler behaftet sind und nur als grobe Abschätzung bezüglich der Niederschlags-Intensität genutzt werden können. Hilfreich ist eine Berücksichtigung des Luftdrucks in der Vergleichsberechnung, da die Gamma-ODL, die mit Hilfe von Geiger-Müller Zählrohren ermittelt wird, in der Größenordnung von 5nGy/h über die Abschirmung der Atmosphäre moduliert wird.
Während die Erfassung der Rohdaten ohne Schwierigkeiten erfolgte, konnte die Datenaufbereitung nicht erfolgreich abgeschlossen werden. Der Kontakt zu dem dafür zuständigen Mitarbeiter brach ab und konnte trotz wiederholter Versuche nicht wieder hergestellt werden.
3.2. Beobachtung der irdischen Ionosphäre
3.2.1. Allgemeines
Wissenschaftler des Rutherford Appleton Laboratory in Oxfordshire hatten die Öffentlichkeit bei der Beobachtung der irdischen Ionosphäre um Unterstützung gebeten. Wesentliche Daten lassen sich dabei bereits aus der Überwachung des Radioempfangs während des Ereignisses gewinnen. Eine der Zielsetzungen des Projekts sind Rückschlüsse auf den Energieausstoß der Sonne. Ermöglicht wird eine solche Analyse durch Vergleich mit analogen Messungen aus den dreißiger und vierziger Jahren. Eine detaillierte Beschreibung des Projekts und Vorschläge für geeignete Experimente finden sich unter [6].
3.2.2. Zielsetzung
Die Überwachung des MW Radioempfangs während der Sonnenfinsternis war zunächst nur für Standorte geplant, die sich innerhalb Großbritanniens befinden; später wurde die Messkampagne dann auf Deutschland ausgedehnt. Leider sind die Radiosender, die innerhalb Großbritanniens überwacht werden sollten, nicht für Messungen von Südostdeutschland aus geeignet. Unter diese Kategorie fielen auch die Spanische Station in La Coruna bei 639 kHz MW und die französische Station in Marseilles bei 675 kHz MW. Die notwendige Auswahl von ersatzweise verwendbaren Radiofrequenzen zur Ionosphärenbeobachtung basierend auf [3] lieferte die folgende Liste von Sendestationen.
kHz Station Land
648 Orford UK
666 Bodensee Germany
693 Mailand Italy
702 Sebaa Aiouns bzw. Umraniye Marokko bzw. Turkey
747 Lopik Netherlands
909 Brookman UK
972 Hamburg Germany
1008 Lopik Netherlands
1080 Kattowitz Poland
1089 Brookmans Park UK
1152 Cluj Romania
1188 Szolnok Hungary
Zur Kalibration der Instrumentensensitivität wurde das Fading des Signals im Laufe des Abends beobachtet.
3.2.3. 1152 kHz (Cluj, Rumänien)
Das allmähliche Hörbarwerden des Signals im Laufe des Abends wurde zu den Zeiten 19.15, 19.15, 19.50, 18.50 MESZ während der Tage vor der Finsternis registriert. Die Ursache für die besonders starke Abweichung am Ende der Sequenz konnte nicht identifiziert werden, doch lässt sich eine großskalige Wetteränderung als Hauptursache vermuten. Hinzuzufügen ist, dass die Sensitivitätskalibration für den Sender bei 1152 kHz generell problematisch war. Das Signal wurde im Laufe des Abends nicht kontinuierlich stärker, sondern von sporadischen Perioden des Intensitätsabfalls unterbrochen. Die oben angegebenen Zeiten sind die Zeiten des ersten Signalempfangs nach dem letzten Intensitätseinbruch. Während der Finsternis wurde das Signal der Radiostation zum ersten Mal um 12.42 MESZ empfangen, der Empfang des Signals ging um 12.46 MESZ verloren. Diese Werte sind leider nicht hundertprozentig verlässlich, da der Zeitpunkt der Datenaufzeichnung lediglich indirekt nach dem Ereignis bestimmt werden konnte. Der Signalverlust am Ende der Totalität erfolgte schrittweise; daher ist der entsprechende Zeitpunkt lediglich eine Schätzung mit einer Unsicherheit von etwa 1 Minute.
3.2.4. 1188 kHz (Szolnok, Ungarn)
Die Sensitivitätskalibration für das 1188 kHz Signal war weit einfacher als bei der Station für das 1152 kHz Signal. Die Erfassung des Signals im Laufe des Abends erfolgte an den denselben Tagen wie dort zu den Zeiten 19.35, 19.25, 20.00, 19.10 MESZ. Während der Finsternis wurde das Signal um 12.46 MESZ erfasst und um 12.56 MESZ wieder verloren.
3.3. Biologie
Am Standort Teisendorf/Ufering (Deutschland, Südostbayern) konnten Schwalben beobachtet werden, die unmittelbar vor der Totalität extrem niedrig flogen. Viele Kühe auf freiem Feld legten sich während der Totalität nieder. Einige stechende und saugende Insekten zeigten sich am Beobachtungsstandort in Ungarn -- südostlich des Plattensees -- nach der Totalität deutlich aktiver und aggressiver als vorher.
4. Literatur