Martin Gardner - Mathematische Planetenzauberei. Space Puzzles.

Der Meteorschauer der Leoniden vom 14. November 1867, wie er bei Sandy Hook, New Jersey, USA gesehen wurde.

Die Sonne ist der Stern, um den unsere Erde und ihre acht Schwesterplaneten kreisen. Verglichen mit den Milliarden anderen Sternen in unserer Galaxie ist die Sonne nur ein mittelgroßer Stern, aber verglichen mit der Erde ist sie eine riesige Kugel aus glühendem Gas mit einem Durchmesser von 1390 000 km, etwas mehr als das Hundertfache des Erddurchmessers. Wenn wir uns die Erde von der Größe eines Senfkorns vorstellen, würde die Sonne so groß wie ein Fußball sein. Ihre Entfernung zur Erde beträgt rund 150 Millionen Kilometer. Ohne die enorme Energie und Wärme, die wir von der Sonne empfangen, wäre unsere Erde ein eisiger und lebloser Planet. Erst in den letzten Jahrzehnten haben die Wissenschaftler verstanden, woher die Energie der Sonne kommt. Die Sonne hat eine so große Masse, daß nahe beim Mittelpunkt die Schwerkraft groß genug ist, um die Wasserstoffatome zusammenzupressen, so daß der Wasserstoff dann in einem Prozeß, den wir ›Fusion‹ nennen, zu Helium wird. (Es ist derselbe Prozeß, der der Wasserstoffbombe ihre Sprengkraft verleiht.) Die Umwandlung setzt ungeheure Mengen Energie frei, die sich langsam ihren Weg zur Sonnenoberfläche bahnen, wo sie in alle Richtungen in den Raum ausgestrahlt werden. Eine extrem kleine Menge dieser Energie erreicht die Erde etwas später als acht Minuten, nachdem sie die Sonne verlassen hat. Die Temperatur im Zentrum der Sonne ist unvorstellbar hoch: wenigstens 14 Millionen Grad Celsius. Diese Temperatur verringert sich langsam, während die Energie nach außen wandert, bis sie nur noch rund 5000 Grad an der Sonnenoberfläche beträgt. Das ist immer noch heiß genug, um ein ganzes Raumschiff sofort verdampfen zu lassen.

Frage 9:

Es ist für die Astronomen leicht zu messen, wie schnell die Sonne sich um ihre eigene Achse dreht, weil ihre Sonnenflecken – riesige Gasstrudel, die sich immer wieder auf der Sonnenoberfläche bilden und auch wieder verschwinden – als dunkle Flecken lange genug sichtbar sind, damit die Astronomen ihre Bewegung in einem Teleskop verfolgen und ausrechnen können, wie schnell sich die Sonne dreht.

Die schwarzen Punkte sind Sonnenflecken, die sich auf der Sonnenoberfläche gebildet haben.

An ihrem Äquator dreht sich die Sonnenoberfläche einmal in 24 Tagen und 16 Stunden, nur ein paar Tage weniger als der Mond braucht, um die Erde zu umkreisen. Betrachten Sie die Oberfläche nahe bei den Polen. Dreht sie sich schneller, langsamer oder mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Sonnenoberfläche am Äquator?

Frage 10:

Nehmen wir an, Sie leben an einer Straße, die genau von Osten nach Westen führt. Eines Septembertages, wenn das Laub anfängt, sich zu verfärben, beobachten Sie, daß die obere Hälfte der gerade untergehenden Sonne wie ein Teil eines riesigen roten Ballons genau über dem westlichen Ende der Stadt steht. Welchem Tag des Monats sind Sie nahe?

Frage 11:

Die Fleckenzahl auf der Sonne durchläuft einen Zyklus von elf Jahren. Ihre Größe und ihre Anzahl ändert sich unregelmäßig von Woche zu Woche, aber im Durchschnitt beträgt die Zeit zwischen den Perioden, wenn die Flecken am größten und häufigsten sind, rund elf Jahre. Wenn das Maximum erreicht ist, blasen magnetische Stürme‹ von der Sonne zu uns. Sie lassen das Nord- und Südlicht der Erde – die eindrucksvolle ›Aurora borealis‹ und ›Aurora australis‹, die sich bei den Polen am Nachthimmel zeigen- heller als normal leuchten und stören Rundfunk und andere elektromagnetische Medien.

Die Sonnenflecken haben sehr verschiedene Größe. 1947 wurde ein enormer Fleck gesehen, dessen Größe das Dreißigfache der Erdoberfläche betrug. Die meisten Sonnenflecken sind viel kleiner als dieser und bestehen nur ein paar Tage oder Wochen; einige aber bestehen doch mehrere Monate. Gelegentlich bleibt ein Fleck auch ein Jahr oder länger sichtbar.

Die Sonne hat ein schwaches Magnetfeld mit Nord- und Südpol wie die Erde. Welche merkwürdige Umwandlung geschieht mit den magnetischen Polen der Sonne alle elf Jahre, wenn der Sonnenflekkenzyklus seinen Höhepunkt erreicht?

Totale Sonnenfinsternis

Frage 12:

Wenn ein Neumond – das ist der Mond, der abgenommen hat, bis er unsichtbar ist – sich zwischen Sonne und Erde hindurchbewegt, kann er einem Teil oder dem ganzen Sonnenlicht den Weg versperren. Dieses Ereignis nennt man Sonnenfinsternis. Totale Sonnenfinsternisse sind viel seltener als partielle, bei denen die Sonne nur teilweise verdeckt wird. Es tritt nur in bestimmten Teilen der Erde ein, daß der sich bewegende Schatten des Mondes die Oberfläche der Erde trifft und dafür sorgt, daß Beobachter entlang dieser ›Totalitätszone‹ eine totale Sonnenfinsternis sehen. Die letzte in Deutschland sichtbare war im Sommer 1887. Während einer totalen Sonnenfinsternis ist die Sonne völlig vom Mond verdeckt. Der Tag wird zur Nacht, Sterne werden sichtbar, Hunde bellen und Vögel fliegen zu ihren Schlafplätzen. In der Vergangenheit glaubten die Leute manchmal, daß die Sonne für immer verschwinden und die Erde untergehen würde.

Wenn während einer partiellen Sonnenfinsternis im Sommer, wenn die Sonne zur Sichel wird, Sonnenlicht durch die Äste eines Baumes scheint, kann man Hunderte winziger sichelförmiger Lichtreflexe auf dem Boden oder vielleicht an einer Mauer oder Häuserwand sehen. Können Sie dieses seltsame Phänomen erklären?

Links: Partielle Sonnenfinsternis mit der Sonne als Sichel.

Rechts: Kleine Sichelreflexe, die während einer partiellen Sonnenfinsternis durch die Blätter eines Baumes geworfen werden.

Frage 13:

Während einer totalen Sonnenfinsternis, unmittelbar bevor der Mond die Sonnenscheibe völlig verdeckt, kann man strahlende kleine Perlen aus Licht an dem Rand des sich vorwärts bewegenden Mondes beobachten. Die gleichen Perlen erscheinen später an dem hinteren Rand des Mondes, wenn der Mond anfängt, die Sonnenscheibe wieder freizugeben. Dieses Perlschnurphänomen wird nach Francis Baily, einem englischen Astronomen, der es während einer Finsternis im Jahre 1836 beobachtete, ›Baily’s Beads‹ genannt. Können Sie sich denken, was das Perlschnurphänomen verursacht?

›Baily’s Beads‹ beobachtet bei der Finsternis am 25. Februar 1952.

Der Mond, der nächste Nachbar der Erde im Weltraum, hat eine mittlere Entfernung von rund 384 400 km von der Erde, aber seine Umlaufbahn ist elliptisch genug, um den Abstand zwischen 356 400 km und 406 700 km schwanken zu lassen. Sein Durchmesser, 3476 km, ist ein bißchen kleiner als ein Viertel des Erddurchmessers, und sein Volumen beträgt rund ein Fünfzigstel von dem der Erde.

Der Mond braucht 27 Tage, 7 Stunden und 43 Minuten, um einmal die Erde zu umkreisen. Dies nennt man einen siderischen Monat. Weil die Erde sich während dieser Zeit weiter um die Sonne bewegt, muß der Mond immer etwas weiter wandern, um Sonne, Erde und Mond wieder in dieselbe gegenseitige Position wie vor dem Umlauf zu bringen. Deshalb ist die Zeit zwischen zwei Vollmonden länger als ein siderischer Monat. Sie beträgt 29 Tage, 12 Stunden und 44 Minuten, fast so lang wie jeder unserer Kalendermonate außer dem Februar. Die Astronomen nennen diese Zeitspanne einen synodischen Monat. Unser Wort ›Monat‹ wurde von dem Mond abgeleitet. Da der erste Tag der Woche, Sonntag, nach der Sonne benannt wurde, ist es nur natürlich, daß der zweite Tag der Woche, Montag, nach dem benannt wurde, das unser zweitwichtigstes Gestirn am Himmel ist.