Erweiterte Planung von Sonnenfinsternissen

Falls du dich noch nicht mit dem Material im Artikel Planung von Sonnenfinsternissen vertraut gemacht hast, solltest du diesen zuerst lesen.

Was wir behandeln

• Verwendung des Finsternissimulators im Vollbildmodus
• Anzeige des Mondrandprofils im Umrissmodus
• Anzeige der Baily-Perlen
• Anpassung des Werts für den Sonnenradius
• Simulation der Chromosphäre

Für wen ist das gedacht?

Wenn du ein erfahrener Finsternisjäger bist, hast du wahrscheinlich bereits viele Phänomene bei Sonnenfinsternissen beobachtet, etwa den Diamantring, die Korona und Protuberanzen. Erfahrenere Finsternisjäger suchen häufig gezielt Standorte am Rand des Finsternispfads auf, wo Baily-Perlen und die Chromosphäre über längere Zeit sichtbar sind.

Allerdings sind Baily-Perlen oft auch nahe der Zentrallinie sichtbar, gewöhnlich jedoch nur für kürzere Zeit. Entscheidend für ihre Aufnahme ist, zu wissen, was dich erwartet, wohin du schauen musst und wann.

Die hier vorgestellten erweiterten Planungswerkzeuge zeigen dir genau das.

Wenn du bereits mit Software für Sonnenfinsternisse vertraut bist, die den Mondrand berücksichtigt, möchtest du vielleicht auch die Technische Notiz lesen.

Zugriff auf die Seite des Finsternissimulators

Du kannst den auf der Kartenseite angezeigten Mini-Finsternissimulator vergrößern, um ihn in deutlich größerer Darstellung zu sehen:

Wenn du auf die Schaltfläche „Erweitern“  klickst, siehst du eine ähnliche Seite wie diese – du kannst die Funktionen auf der Seite kurz kennenlernen, indem du auf ‘Tour starten’ oder die Schaltfläche Info klickst:

Die Seite des Finsternissimulators bietet dir eine größere Ansicht der Details der Simulation und zudem eine Reihe zusätzlicher Werkzeuge für die erweiterte Planung von Finsternissen.

Vielleicht möchtest du auch diese Tipps zur Verwaltung der Grafikleistung bei der Nutzung des Simulators lesen.

Wiedergabesteuerung

Die Steuerelemente für die Wiedergabe der Finsternis und wichtige Informationen werden unten links angezeigt:

• Mit Wiedergabe/Pause kannst du die Finsternis in Echtzeit oder beschleunigt abspielen (weitere Details findest du unter Planung von Sonnenfinsternissen).
• Zurück/Vorwärts springen: Mit den Doppelpfeil-Schaltflächen auf beiden Seiten der angezeigten Zeit kannst du jeweils 10 Sekunden zurück- oder vorspringen – dies ist jederzeit möglich, auch während der Wiedergabe.

Diagramm und Schieberegler

Auf der Seite des Finsternissimulators ändert sich das Diagramm wie folgt:

• Der Zeitraum umfasst nur C1 bis C4.
• Das Diagramm zeigt die Finsternisgröße im Zeitverlauf.
• Die Auflösung des Zeitschiebereglers wird auf 0,1 Sekunden reduziert (statt 10 s auf der Kartenseite), was eine wesentlich feinere Steuerung ermöglicht – verwende die linke/rechte Pfeiltaste, um die Zeit bei ausgewähltem Schieberegler-Griff mit jedem Tastendruck um 0,1 s zu ändern.

Minikarte

Die Minikarte unten rechts zeigt den Standort, für den die Simulation konfiguriert ist. Du kannst diese Karte genauso verschieben und zoomen wie die Kartenseite selbst. Außerdem kannst du die Kartenmarkierung per Drag-and-drop verschieben, um den Standort zu ändern, ohne zurückkehren zu müssen zur Kartenseite.

Verwende die Schaltfläche Erweitern oben rechts auf der Minikarte, um zur Kartenseite zurückzukehren.

Simulatormodus

Mit der Schaltfläche oben rechts wechselst du den Modus des Simulators zwischen ‘fotorealistisch’ (Standard) und ‘Umriss’. Der Screenshot zeigt denselben Standort wie oben mit aktiviertem Umrissmodus. Die ausgewählte Zeit liegt kurz nach C3:

Baily-Perlen und Mondrand

Zoomen wir in einen Teil der Umrissanzeige hinein, um genauer zu sehen, was dargestellt wird:

Baily-Perlen werden hauptsächlich, jedoch nicht ausschließlich, um die Zeitpunkte C2 und C3 beobachtet. Sie sind sichtbar, wenn die Photosphäre der Sonne nicht vollständig vom Mond verdeckt wird und in den Tälern der Mondoberfläche erscheint.

Bei einer totalen Finsternis ist die Dauer der Baily-Perlen typischerweise kürzer, da der Mond aufgrund seiner größeren Winkelausdehnung die Sonne schneller vollständig bedeckt. Bei einer ringförmigen Finsternis können sie länger sichtbar sein (Francis Baily dokumentierte seine Perlen erstmals, nachdem er 1836 in Südschottland eine ringförmige Finsternis beobachtet hatte). Wenn du dich nahe dem Rand des zentralen Pfads befindest, kannst du Perlen deutlich länger beobachten, da die Ränder von Sonne und Mond während der gesamten Dauer nahe beieinander bleiben.

Sobald der Abstand vom Sonnenrand zum Mondrand die Tiefe der sichtbaren Mondtäler übersteigt, sehen wir eigentlich keine „Perlen“  mehr, sondern befinden uns wieder im Bereich der partiellen Finsternis. Dennoch bleibt eine „Perlenbildung“  in den Bereichen möglich – einem oder zwei Bögen –, in denen die beiden Ränder nahe beieinander bleiben. Der oben dargestellte gelbe Bogen kennzeichnet diese Zonen ungefähr.

Bogen potenzieller Perlen

Der gelb dargestellte Bogen potenzieller Perlen hat zwei Funktionen:

• Als einfacher visueller Hinweis darauf, wo am Sonnenrand während einer Finsternis Perlen beobachtet werden könnten.
• Als Leistungsoptimierung für den Simulator, sodass er nur einen Teilbereich des Sonnenrands berücksichtigen muss, um seine erweiterte Perlensimulation anzuzeigen (siehe unten).

Mit zunehmender Zeit seit C2 oder C3 teilt sich der Bogen in zwei Bögen und wird kürzer, da die Spitzenwinkel am Schnittpunkt von Sonnenrand und Mondrand größer werden. In diesem Bild ist der Bereich zwischen den Bögen einfach freiliegende Photosphäre, ohne mögliche Perlenbildung (d. h. es gibt keinen Mondberg, der hoch genug wäre, um den Bogen der sichtbaren Photosphäre in zwei Teile zu unterbrechen):

Daten zum Mondrand

Die Daten zum Mondrandprofil stammen von der japanischen Mission „Kaguya“  oder SELENE und wurden von David Herald speziell für Berechnungen von Finsternissen und Mondbedeckungen angepasst. Wir danken beiden dafür, dass sie diese Daten verfügbar gemacht haben.

Der sichtbare Rand des Mondes verändert sich im Laufe der Zeit und je nach Beobachterstandort aufgrund des Phänomens der Mond-„Libration“ , das man sich am einfachsten als „Taumeln“  vorstellen kann. Um das Erscheinungsbild von Baily-Perlen während einer Finsternis vorherzusagen, muss zunächst die Mondlibration bestimmt und dann das korrekte Mondrandprofildatum für die Berechnung oder Simulation ausgewählt werden. TPE Web erledigt dies automatisch.

Obwohl die Unebenheit des Mondrands erhebliche Auswirkungen auf Erscheinungsbild und Zeitpunkt von Finsternissen hat, kann sie ohne vertikale Überhöhung schwer erkennbar sein. Um dies zu erleichtern, zeigen wir den idealisierten „glatten“  Rand des Mondes in Blau und ein überhöhtes Reliefprofil des tatsächlichen Rands in Orange. Diese werden bei einem künstlich vergrößerten Mondradius (×1,2) dargestellt, um den tatsächlichen Maßstab des Mondrands nicht zu verdecken.

Die Bereiche, in denen der Mondrand rauer ist oder stärker vom idealisierten glatten Rand abweicht, führen zu einer größeren Anzahl und/oder längeren Dauer von Baily-Perlen. Dies ist ein wichtiger Gesichtspunkt bei der Auswahl von Beobachtungsstandorten für Baily-Perlen.

Steuerung für Baily-Perlen

Oben links im Simulator befindet sich ein Schieberegler zur Steuerung der nominellen „Belichtung“  der Perlen. Standardmäßig ist er auf „-16,6 EV“  eingestellt (dies entspricht Aus). Wenn er aktiviert wird, verändert sich das Erscheinungsbild der Perlen („Erweiterte Perlen“ ), und einige zusätzliche Steuerelemente werden verfügbar:

Erweiterte Perlen werden im Umrissmodus innerhalb von ±30 Sekunden um C2/C3 und im fotorealistischen Modus innerhalb von ±12,5 Sekunden dargestellt. Zu allen anderen Zeiten werden Standardperlen angezeigt (d. h. ohne „Perlenleuchten) – unabhängig von der Einstellung der Belichtungssteuerung. (Wir freuen uns über dein Feedback zu diesem Ansatz – vielleicht gibt es einen besseren Weg …)

Belichtungsregler

Das Erscheinungsbild von Baily-Perlen in Fotos und Videos hängt von der Belichtung ab. Wenn du sie mit einem Sonnenfilter fotografierst (der typischerweise einem ND-Filter mit 16⅔ Blendenstufen sowie zusätzlichem UV- und IR-Schutz entspricht), erscheinen die Perlen flach und nicht überhöht, ohne „Leuchten“ , wie auf diesem Foto der ringförmigen Finsternis vom 14. Oktober 2023 in New Mexico um C3 herum:

ASE2023 bei den Bisti Badlands, New Mexico (© Stephen Trainor)

Während einer totalen Finsternis und für einige Beobachter, die sich speziell auf Aufnahmen während ringförmiger Finsternisse konzentrieren, werden Baily-Perlen jedoch typischerweise ohne Sonnenfilter fotografiert. In diesem Fall sehen sie eher so aus:

Standort: Madras, Oregon. Bildnachweis: NASA/Aubrey Gemignani, Quelle

Mit dem Belichtungsregler können wir beide Situationen simulieren.

Hinweis zur numerischen Genauigkeit: Obwohl der Regler mit den Werten -16,6 EV und 0 EV beschriftet ist, solltest du ihn eher qualitativ als als exakt präzise Belichtungssteuerung verstehen: Beim Wechsel zwischen Aufnahmen mit und ohne Sonnenfilter ändern sich auch andere Belichtungseinstellungen der Kamera erheblich. Die Belichtungssteuerung versucht lediglich, das Spektrum des Erscheinungsbilds von Baily-Perlen wiederzugeben, wie es üblicherweise auf Fotos und in Videos zu sehen ist.

Umschalter „Teilweiser/Vollständiger Rand“ 

Wenn die Belichtungssteuerung auf -16,6 EV eingestellt ist, führt der Simulator keine zusätzliche spezielle Verarbeitung durch, um Baily-Perlen darzustellen. Er zeigt den präzisen Mondrand an (PRO-Abonnement für zukünftige Sonnenfinsternisse erforderlich), und alle nicht verdeckten Pixel der Sonnenscheibe werden normal gezeichnet.

Wird die Belichtungssteuerung von -16,6 EV auf einen höheren Wert erhöht, erfolgt eine zusätzliche Verarbeitung, um das „leuchtende“  Erscheinungsbild der Perlen zu rendern. Abhängig von deinem Computer, der ausgewählten Auflösung (siehe unten) und den Umständen der Finsternis kann dies leistungsintensiv sein. Standardmäßig zeigt der Simulator „Perlenleuchten“  nur in den Zonen an, die durch den oder die Bögen der Baily-Perlen gekennzeichnet sind (siehe oben).

Typischerweise ist dies bei totalen Finsternissen ausreichend, bei denen der Bereich potenzieller Perlenbildung begrenzt ist. Bei ringförmigen Finsternissen kann es jedoch aufgrund der unterschiedlichen Geometrie solcher Ereignisse zu einem unerwarteten visuellen Erscheinungsbild führen. In diesem Fall kannst du die Steuerung umschalten, um den vollständigen Rand anzuzeigen:

Im linken Bild ist eine echte Perlenbildung nur innerhalb des begrenzten Bereichs unter dem gelben Bogen möglich. Da jedoch der Abstand der Sonne vom Mondrand gegen Ende der Bögen größer wird, verschwindet das leuchtende Erscheinungsbild unerwartet. Wenn du mit der Schaltfläche rechts neben dem Belichtungsregler ‘vollständiger Rand’ aktivierst, zeigt der Simulator das „Leuchten“  rund um den gesamten Sonnenrand an – beachte, dass dies leistungsintensiv sein kann (daher das rote GPU-Warnsymbol).

Auflösungsregler

Das dritte Steuerelement, der Auflösungsregler für Perlen, bestimmt, mit welcher Auflösung Mondranddaten zur Darstellung erweiterter Perlen verwendet werden. Bei der Einstellung „Max.“  werden alle 1800 Datenpunkte des Mondrands verwendet (d. h. alle 0,2° Achsenwinkel). Sofern du die Daten nicht mit sehr hoher Vergrößerung untersuchst, ist dies normalerweise unnötig; eine niedrigere Einstellung wird empfohlen. Die Einstellungen entsprechen folgender numerischer Auflösung:

• Max.: 1800 Punkte, 0,2°
• **H:**900 Punkte, 0,4°
• M: 600 Punkte, 0,6°
• L: 450 Punkte, 0,8°
• Min.: 360 Punkte, 1,0°

Wenn du einen älteren Computer verwendest, kann eine Einstellung von Min. oder L notwendig sein, um Leistungsprobleme zu vermeiden. Bei niedrigeren Auflösungseinstellungen erzielst du im Allgemeinen mit einer höheren Belichtungseinstellung bessere visuelle Ergebnisse (eine höhere Belichtung verursacht keine zusätzliche Leistungseinbuße, sobald du einen Wert über -16,6 EV eingestellt hast).

Perlen im fotorealistischen Modus

Wenn sich der Simulator im fotorealistischen Modus befindet, werden erweiterte Perlen auf dieselbe Weise angezeigt. Der Simulator versucht derzeit nicht, Diamantring oder Korona darzustellen (Hinweise zur Chromosphäre findest du unten), es sei denn, die lokalen Umstände der Finsternis sind total. Daher siehst du bei einer beinahe, aber nicht ganz totalen Finsternis, wie bei diesem spektakulären, aber kurz andauernden Ereignis von 1966, nur Perlen:

Der Sonnenradius

In den letzten Jahren wurde viel über den Sonnenradius diskutiert. Der traditionelle Wert von 959,63″ geht auf eine Veröffentlichung von 1891 von Auwers zurück. In den letzten Jahren hat die IAU ihren offiziellen Wert auf 959,22″ geändert.

Du fragst dich vielleicht, ob solch winzige Unterschiede von Bedeutung sind. Für Baily-Perlen und hinsichtlich des Mondrands korrigierte Kontaktzeiten bei Finsternissen sind sie es. Eine größere Sonne bleibt kürzer verfinstert.

Mehrere Finsternisforscher haben sich für die Verwendung eines größeren Radiuswerts bei der Beobachtung von Sonnenfinsternissen ausgesprochen. Während größere Werte unter anderen astronomischen Umständen möglicherweise nicht anwendbar sind (z. B. bei Beobachtungen der Sonne außerhalb der Erdatmosphäre), hat sich ein größerer Radius als konsistent mit vielen tatsächlichen Finsternisbeobachtungen erwiesen.

Im Simulator verwenden wir standardmäßig einen Wert von 959,95″ (Quaglia, Irvine et al.). Du kannst diesen Wert jedoch über das Dropdown-Menü oben rechts anpassen:

Die verfügbaren Werte werden mit Links zu den Quellen angezeigt.

Wenn du kein Experte für Finsternisjagd bist, wird empfohlen, beim Standardwert von 959,95″ zu bleiben.

Die Chromosphäre

Die Chromosphäre ist eine relativ dünne (~2500 km) Schicht der solaren „Atmosphäre“ , die über der Photosphäre liegt (dem intensiv hellen Bereich, der unser Tageslicht erzeugt – und auch die Baily-Perlen). Zu den Zeiten, in denen du Baily-Perlen sehen kannst, sowie zu Beginn und Ende der Totalität, kannst du häufig auch die Chromosphäre sehen. Sie erscheint aufgrund der Frequenz des von Wasserstoffatomen erzeugten Lichts rosa (H-alpha-Emissionen).

Es gibt keine präzisen Messungen der Dicke der Chromosphäre – tatsächlich kann sie an verschiedenen Punkten der Sonnenoberfläche und auch im Laufe der Zeit variieren. Allerdings sind 2.500 km ein allgemein akzeptierter Mittelwert. Auf Grundlage eines durchschnittlichen „Finsternis“ -Radius von 959,95 Bogensekunden für die Photosphäre nehmen wir für die sichtbare Dicke der Chromosphäre 3,45 Bogensekunden an.

Beide Simulatormodi zeigen die Chromosphäre in annähernd realem Maßstab, jedoch mit einigen wichtigen Unterschieden:

• Fotorealistischer Modus: Die Chromosphäre wird nur bei totalen Finsternissen angezeigt (Größe > 1,0) und nur von 5 s vor C2 bis 5 s nach C3; sie wird unabhängig von der Belichtungseinstellung für Baily-Perlen angezeigt.
• Umrissmodus: Die Chromosphäre wird sowohl bei totalen als auch bei ringförmigen Finsternissen angezeigt (nicht bei ausschließlich partiellen), von 30 s vor C2 bis 30 s nach C3 – zusätzlich wird sie nur angezeigt, wenn die Belichtung für Baily-Perlen nahe dem Maximum liegt (optische Dichte zwischen 0,0 und 1,0 oder zwischen ~ -3,0 und 0,0 EV).

Hier sind zwei Beispiele, jeweils fotorealistisch und Umriss, beide von der totalen Finsternis 2017 (Link):

Chromosphärische Perlenbildung

Zusätzlich zu Baily-Perlen – unterbrochenen Segmenten freiliegender Photosphäre – können Mondberge auch eine chromosphärische Perlenbildung verursachen, zum Beispiel (fotorealistischer Modus links, Umrissmodus rechts):

Dies zeigt Mondtäler, durch die Teile der Chromosphäre während der Totalität bei der maximalen Finsternis 2017 sichtbar bleiben.

Du kannst das Werkzeug verwenden, um verschiedene potenzielle Aufnahmeorte danach zu bewerten, ob sie eine längere Sichtbarkeit der Chromosphäre bieten oder möglicherweise interessantere Ansichten mit einer größeren Anzahl unterbrochener Chromosphärensegmente – ein faszinierendes Motiv für Teleaufnahmen von Finsternissen!

Hinweis: Die unmittelbar oben gezeigten Screenshots verdeutlichen einen weiteren Unterschied zwischen fotorealistischem und Umrissmodus. Im fotorealistischen Modus werden die Punkte des Mondrands interpoliert, um ein glatteres Erscheinungsbild zu erzeugen. Im Umrissmodus werden die unverarbeiteten diskreten Werte verwendet, damit nicht der Eindruck entsteht, die Daten hätten eine höhere Auflösung, als sie tatsächlich haben (Abstände von 0,2° rund um den Mondrand).

Wie geht es weiter?

• Du kannst dir ansehen, wie wir die Simulation der Baily-Perlen überprüft haben: Überprüfung der Simulation von Baily-Perlen
• Sieh dir die Technische Notiz: Funktionen für Sonnenfinsternisse an.
• Erwäge, der Solar Eclipse Mailing List beizutreten, um Zugang zu Diskussionen von Finsternisexperten aus aller Welt zu erhalten (bedenke jedoch, dass sie nicht für Fragen von Einsteigern gedacht ist – sie richtet sich eher an engagierte Finsternisjäger).