Grundidee

Eine Skizze aus einem amerikanischen Schulatlas aus dem Jahr 1831 erklärt die Entstehung einer Sonnenfinsternis mit Hilfe der Strahlenoptik. Dies ist eine typische Darstellung wie man sie auch noch im 21. Jahrhundert in vielen Büchern findet.

Bildbeschreibung und Urheberrecht — Das Licht von der Sonne wird auf dem Weg zur Erde vom Mond geschluckt. Hinter dem Mond bilden sich ein abgeschatteter Bereich aus, der bis zur Erde reicht. Wer auf einer geeigneten Stelle auf der Erde steht wird den Mond scheinbar vor der Sonne stehend sehen. © Unknown ☛

Erklärung

Die Darstellung erklärt die Grundidee der Entstehung einer Sonnenfinstern: der Mond befindet sich zwischen Sonne und Erde. Damit blockiert er für einen Teil des Licht der Sonne den Weg zur Erde. Von der Sonne aus gesehen muss es also Richtung Erde einen abgeschatteten Bereich geben, in den das Licht der Sonne nicht eindringen kann. Das ist die - korrekte - Grundidee zur Entstehung einer Sonnenfinsternis. Doch um die wahren Umstände wirklich statt findender Sonnenfinsternisse zu verstehen, sind einige Erläuterungen zu dem Bild aus dem Schulatlas vielleicht sinnvoll.

Kritik

Kritik bedeutete ursprünglich zunächst eine ganz neutral gesonnene Beurteilung nach gewissen Regeln.^[2]^[3] Dass eine Kritik zu einem abwertenden Urteil kommen muss ist ein häufiges Missverständnis. In dem eher ursprünglichen und neutralen Sinne möchte ich hier die Darstellung der Sonnenfinsternis hier kritisieren.

Die Strahlen der Sonne

Rechts im Bild ist ein Teil der Sonne als flache Scheibe gezeichnet. Wie auch in vielen Kinderzeichnungen üblich, sind ausgehend von der Kreislinie senkrecht zur Oberfläche weggehende Strahlen gezeichnet. Man kann so den Eindruck gewinnen, dass von jedem Punkt der Sonnenoberfläche immer genau ein Lichtstrahl in einem Winkel von 90° von der Oberfläche weggeht. Tatsächlich strahlt jeder Punkt der Sonnenoberfläche Licht in alle Richtungen ab.

MERKSATZ:

Von jedem Punkt der Oberfläche der Sonne müssten korrekterweise Strahlen in jede beliebige Richtung ausgehen.

Interessant ist dann die Frage ob das irgendeinen Einfluss auf das Schattenbild des Mondes auf der Erde hätte. Falls nein, dann ist die Darstellung als Modell zur Erklärung des Mondschattens nützlich. Es vermittelt dann vielleicht eine falsche Idee wie die Sonne Licht aussendet, aber das wäre folgenlos für das interessierende Thema.

Die Bahn der Erde

Die Darstellung zeigt eine mögliche Momentaufnahme des Mondes bei seinem Weg um die Sonne. In genau einem solche n Moment kommt es zu einer Sonnenfinsternis. Die Skizze lässt offen, wie der Mond um die Erde wandert. Geht man davon aus, dass der Weg des Mondes um die Erde in derselben Ebene liegt, in der auch die Erde um die Sonne wandert, dann kann ma daraus schließen, dass es einmal im Monat irgendwo auf der Erde eine Sonnenfinsternis geben müsste. Das ist aber tatsächlich nicht der Fall. Die Bahn des Mondes ist etwas schräg gestellt gegenüber der Ebene der Erdbahn um die Sonne.

MERKSATZ:

Erde, Mond und Sonne bewegen sich nicht in der selben Ebene. Die Bahn des Mondes um die Erde ist um etwa 5° gegenüber der Bahn der Erde um die Sonne geneigt.

Mit dieser Ergänzung wird verständlich, warum es nicht bei jedem Neumond, wenn der Mond von der Erde aus der Sonne am nächsten steht, eine Sonnenfinsternis gibt.

Die Größenverhältnisse

Die echte Sonne hat in etwa den 110fachen Durchmesser der Erde, der Mond etwas mehr als ein Viertel des Erddurchmessers. Der Abtstand des Mondes von der Erde liegt bei etwa 30 Erddurchmessern. Der Abstand der Sonne zur Erde bei etwa 11800 mal so viel wie der Durchmesser der Erde.

MERKSATZ:

Die wirkliche Sonne ist extrem viel größer als die Erde, ihr Abstand extrem viel weiter. Auch ist der Mond sehr viel weiter von der Erde entfernt als in der Skizze.

Doch wieder kann man die Frage stellen, ob die Berücksichtigung der wahren Verhältnisse der Größen und Abstände etwas an dem Grundphänomen ändern würde. Um das zu untersuchen könnte man zum Beispiel ein maßstabsgerechtes Modell von Sonne, Erde und Mond, ein sogenanntes Tellurium bauen.

Das Lichtmodell

Die Darstellung aus dem Schulatlas setzt durch die Verwendung von geraden Linien für das Licht stillschweigend das Strahlenmodell des Licht voraus. Tatsächlich kann es keine Lichtstrahlen geben. Und selbst wenn man Licht als Strom von kleinen Teilchen betrachtet gibt es Probleme. Viele Phänomene des Lichts lassen sich nur dann erklären, wenn man Licht wellenartig betrachtet. In der Darstellung fehlt aber jede Andeutung davon, dass Licht in irgendeiner Weise wellenartig ist.

MERKSATZ:

Licht besteht nicht aus Strahlen. Es hat auch Eigenschaften von Wellen.

Wieder ist die Frage interessant, ob die Erklärung einer Sonnenfinsternis mit Hilfe der Wellenvorstellung von Licht andere Ergebnisse liefern würde als die stark vereinfachte Betrachtung im Strahlenmodell. Man könnte zum Beispiel die bewährten Formeln für die Beugung von Licht (im Wellenmodell) an einzelnen Hindernissen wie Haaren oder Nägeln auf die astronomische Situation übertragen. Ein Laserlicht übernimmt dann die Rolle der Sonne, der Mond als Hindernis die Rolle eines Nagels und die Erde wird zum Projektionsschirm. Siehe dazu auch 👉 Einzelhaarexperiment (Laser)

Fazit

Die Darstellung in dem Schulatlast gibt in vielen Aspekten nicht die Wirklichkeit wieder. Aber das ist auch nicht immer der Anspruch von einem Modell im Sinne der Naturwissenschaften. Der Sinn eines Modells ist es oft nur, Phänomene der Wirklichkeit mit möglichst einfachen Gedanken (Denkökonomie) nachstellen zu können. Und dazu ist die Darstellung aus dem Schulatlas durchaus geeignet. Siehe dazu auch 👉 Modell (Wissenschaft)

Fußnoten

[1] Das Bild stammt aus dem "Boston School Atlas. With elemental geography and astronomy, etc. (Fourth edition.)", herausgegben von Lincoln & Edmunds im Jahr 1831. Dort auf Seite 63.

[2] Kritik ist zunächst der Versuch, etwas zu verstehen: "Die Kritīk, plur. die -en, aus dem Griech. und Lat. Critica. 1) Die Kunst oder Wissenschaft, die richtige Leseart und den Sinn der alten Schriftsteller zu bestimmen, und in weiterer Bedeutung, die Fertigkeit etwas nach den Regeln der Kunst zu beurtheilen, und die Wissenschaft derselben; ohne Plural. 2) Die Anwendung derselben in einzelnen Fällen, die Beurtheilung nach den Regeln der Kunst; mit dem Plural." In: Adelung, Grammatisch-kritisches Wörterbuch der Hochdeutschen Mundart, Band 2. Leipzig 1796, S. 1792.

[3] Weiter zur Kritik: "Kritik (grch.), Beurteilung, Prüfung; Fähigkeit oder Kunst der Beurteilung; wissenschaftliche Darlegung der zur Beurteilung eines Gegenstandes dienenden Regeln. Kritĭker, Beurteiler, Kunstrichter; Kritikáster, schlechter Kritiker, Splitterrichter." In: Brockhaus' Kleines Konversations-Lexikon, fünfte Auflage, Band 1. Leipzig 1911., S. 1025. Online: http://www.zeno.org/nid/20001276433