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Willkommen bei
Zur
Sonnenfinsternis am 21.06.2001 machte sich unter der Leitung von Doris Unbehaun,
Arno Lehnen und Frank Lau eine fast 100-köpfige Gruppe nach Simbabwe
in das Finsternisgebiet auf. Für die Finsternis hatten wir ein
Beobachtungscamp direkt am Fuße des Zambezi-Escarpments, des Steilabbruches
vom Afrikanischen Hochland von über 1000 Höhenmetern auf ca. 400
Höhenmeter im Flusstal des Zambezi (Länge: 31° 01,45' Ost,
Breite: 16° 24,90' Süd, 487 m NN). Aus Gründen der Horizontsicht
befand sich das Camp leider nicht exakt auf der Zentrallinie, sondern auf
einer Anhöhe etwas südlich davon. Reiseberichte und eine
Bildergalerie
gibt es bei Astronomie.de. Wir konnten
die Finsternis bei wolkenlosem Himmel in ihrer vollen Pracht und Schönheit
genießen.
Kontaktzeiten, mit AstroWin und EmapWin gerechnet:
Do, 21.06.2001 15:15:15 MESZ: Totale Sonnenfinsternis 104.4%, Dauer 3:13s
Sonnenaufg. 6h23m, Unterg. 17h32m in Mavuradonha SoFi Camp; ET-UT = 66 sec
AstroWin EmapWin
h m s h m s Pw Nord Pw Zenit Azimut Hoehe
1. Kont: 13:48:32 13:48:32 272 128 325 42
2. Kont: 15:13:29 15:13:31 115 349 309 28
3. Kont: 15:16:42 15:16:40 251 127 308 27
4. Kont: 16:28:49 16:28:49 94 339 299 13
Für das wahre Mondrandprofil sind zum zweiten Kontakt noch 3 Sekunden zu addieren.
Um die Finsternis nicht nur hinter dem Kamerasucher oder oder Displays von Messinstrumenten zu erleben, habe ich mir aus einem Taschenorganiser (Psion Organiser II) eine kleine Steuerung für zwei Fotokameras und für die Aufzeichnung meteorologischer Messungen gebaut. (techn. Details siehe unten).
Fotografiert habe ich mit mehreren Kameras (Brennweiten 135 mm, 500 mm, 1000
mm) und Videokameras, z. T. in Kooperation mit anderen Gruppenmitgliedern.
Zum Download der hochaufgelöste Reihenaufnahme auf das Bild klicken,
139 kB).
Da Einzelbilder von der Korona meist in ihren Innenbereichen extrem über-
und in den Außenbereichen unterbelichtet werden, wurden sie im Rechner
so übereinanderkopiert, dass der enorme Helligkeitsgradient ausgeglichen
wird und Details in den Innen- wie den Außenbereichen sichtbar bleiben.
Meine Ergebnisse seht ihr hier (Vergrößerungen jeweils durch Anklicken
erhältlich, Größe ca. 50 kB ). Einige der Originalbilder
sind auf meiner separaten Seite zu
sehen:
links: 8 Aufnahmen mit 1 Meter Brennweite (Russentonne MTO-11CA, f= 1000
mm 1:10);
rechts zusätzlich mit 500 mm Tele (MC 3M-5CA, f=500 mm 1:8),
Belichtungszeiten 1/1000 s - 8 s. Download der
großen Aufnahme in hoher
Auflösung (153 kB)
Außerdem habe ich einige Einzelbilder, die mit der Russentonne aufgenommen
worden sind, zu Reihenaufnahmen kombiniert:
Eine Videokamera haben wir zur Aufnahme der fliegenden Schatten auf
ein ca. 1,4 x 2,4 m großen Tischtuch gerichtet.
Ein 3-Sekunden MPEG-1-Video (552 kB) könnt Ihr
hier herunterladen (zu den Zeitmarkierungen sind 5 Sekunden zu addieren).
Standbildauszüge aus dem Hi8-Video, gefilmt von Dr. Andreas Dahm,
höher aufgelöste Bilder duch Anklicken zu sehen, je 87 kB, Zeit
UT +2h:
Links 18 Sekunden, rechts 10 Sekunden vor dem zweiten Kontakt
Auf dem Originalvideo sind die fliegenden Schatten für etwa 30 Sekunden von 15:13:03 bis15:13.33 sichtbar (der 2. Kontakt war um 15:13:34 nach Berücksichtigung einer Mondrandkorrektur von 3 sec.) und von 15:16:45 bis 15:17:03 (3. Kontakt um 15:16:40). Die Bilder zeigen, dass die englische Bezeichung "shadow bands" = Schattenbänder eigentlich viel treffender als die deutsche Bezeichnung ist. Auf dem rechten Bild (13:13:24) ist zu erkennen, dass die Schattenbänder deutlich schmaler geworden sind als wenige Sekunden vorher.
Links:
unbearbeitetes Einzelbild. Es zeigt außer den Strukturen des Tuches
kaum Einzelheiten.
Da die fliegenden Schatten recht kontrastarm sind und auf dem nicht ganz
ebenen Tuch als Einzelbilder kaum auffallen, wurde der Hintergrund des Tuches
(aufgemittelt aus 25 Einzelbildern = 1 Sekunde) von den Bildern subtrahiert
(im Videoprogram durch 50% Überlagerung eines invertierten Bildes),
das Farbrauschen entfernt und der Kontrast stark angehoben. Zum Vergleich
eine unbearbeitete Rohaufnahme eines Einzelbildes, was außer den Kniffen
und Falten des Tuches kaum erkennbare Strukturen zeigt...:
Details zur Bildbearbeitung in meiner
Spezialseite. Das Video
wurde auch auf dem
Totality
Day 2001 in Milton Keynes/England vorgeführt
Die schnelle Veränderung im Zehntelsekundenzeitraum, der schwache Kontrast
und die Nähe zum zweiten bzw. dritten Kontakt mit entsprechender Dunkelheit
(ca. 10 - 30 Lux, Vergleich: Mittag max. 120000 Lux) sowie die Beanspruchung
der Beobachter für weitere interessante Phänomene machen
verständlich, dass bislang kaum Fotos von den fliegenden Schatten
existieren.
Diskussion der Aufnahmen von den fiegenden Schatten:
Zum Ausmessen
der Videos (s. u.) habe ich ein invertiertes Summenbild aus 1 Sekunde
Videosequenz (25 Einzelbilder) dem Originalvideo mit meiner Videosoftware
(Ulead Media Studio) mit 50% Transparenz überlagert, so dass der unruhige
Hintergrund aufgelöst wird. Außerdem habe ich ein Koordinatennetz,
Himmelsrichtungen und ein zeitgleiches Sonnenbild (Dank an Gebhard Oelmeier!)
überlagert. Bei den Koordinaten sind leichte Ungenauigkeiten (10-15
Grad) möglich, da ich das Tuch nicht vor Ort vermessen hatte, sondern
die Ausrichtung nach dem Schattenwurf von Büschen auf dem Video
ausmessen musste.
Download der MPEG-2 Videofiles hier für den
zweiten Kontakt (9 Sekunden, 783 kB) und
dritten Kontakt (2 Sekunden, 375 kB)
(Bei Wiedergabeproblemen ggf. VLC
media player oder aktuellen Windows-Media-Player von Microsoft
herunterladen, da MPEG-2 standardmäßig nicht unbedingt von jedem
Player abgespielt wird! Oder bei vcdhelp.com
den Elecard MPEG2-Codec herunterladen und
installieren)
2. Kontakt:
Vor dem zweiten Kontakt waren sie fliegenden Schatten gut sichtbar. Sie bewegten
sich fast genau auf die Sonne zu (mit leichter Abweichung nach
Südwesten) und verliefen rechtwinklig zu ihrer Bewegungsrichtung.
Die Wellenlänge verkürzte sich von 0.2 m .. 0.3 m etwa 18 sec vor
dem zweiten Kontakt auf 0.10 m .. 0.15 m 10 Sekunden vor dem
zweiten Kontakt.
Der Kontrast stieg von 1.2% .. 1.8 % (bei -18 sec) auf 2 % .. 3.5 % (bei
-10 sec).
Die Bewegungsgeschwindigkeit war 1 .. 1.4 m/s in Richtung Sonne (also 309°
Azimut). Auf dem Video waren sie für etwa 30 Sekunden zu sehen.
3. Kontakt:
Nach dem dritten Kontakt sahen die fliegenden Schatten
wesentlich anders aus. Niemandem aus unserer Gruppe sind sie aufgefallen,
aber auf dem Video sind sie für etwa 18 Sekunden zu sehen.
Sie hatten einen wesentlich geringeren Kontrast, erschienen turbulenter und es kam nicht zur Ausbildung eines regelmäßigen Bandmusters. Im allgemeinen verlief ihre Ausdehnung etwa in Nord-Südrichtung, das ist eine Drehung um etwa 50 Grad gegenüber den fliegenden Schatten vor der Totalität, was aufgrund der geänderten Lage der Sonnensichel zum Horizont auch zu erwarten war. Die Bewegung ist schwierig zu schätzen, sie ging größenordnungsmäßig mit 1 .. 2 m/s in westliche Richtung. Die Wellenlänge war 0.10 m .. 0.15 m.
In beiden Fällen lag die "Überlebenszeit" der Bänder bei typisch 0,5 Sekunden bis maximal 1 Sekunde. Danach hatte sich das Schattenmuster komplett geändert. Unter der Annahme einer "amosphärischen Projektionslinse" kann man aus den ermittelten Dimensionen vorsichtige Abschätzungen über Brennweite und Höhe der Linse machen. Man kommt auf eine Brennweite im Bereich um 1 km und eine Höhe im Bereich von 1 km.
Auf geglätteten und Kontrastverstärkten Videoaufnahmen sieht es so aus, als würden mehrere Schattenmuster gegenläufig über das Tuch wandern. Besonders deutlich wird dies bei unseren Aufnahmen nach dem dritten Kontakt. Diese Beobachtung habe ich auch auf Videos anderer Beobachter machen können. Da bekannt ist, dass sich die Windrichtung mit der Höhe ändert, ist diese Erscheinung durhcaus plausibel. Da eventuell auch ein Stroboskopeffekt für dieses Phänomen verantwortlich sein könnte, sind weitere Untersuchungen, speziell Windmessungen und ein Höhenprofil der Winde sinnvoll.
Die Richtungsänderung der fliegenden Schatten durch den Umstand verursacht, dass unser Camp nicht exakt auf der Zentrallinie, sondern ein gutes Stück südlich davon lag. Die fliegenden Schatten verlaufen stets tangential zur Sonnensichel, als wären sie ein Abbild der Sichel durch eine entfernte Linse. In unserem Fall lag die Sonnensichel beim zweiten Kontakt annähernd parallel zum Horizont, nach dem dritten Kontakt dagegen war sie um 43° zum Horizont geneigt. Die fliegenden Schatten verliefen demzufolge vor der Totalität etwa senkrecht zur Sonnenrichtung, danach waren sie gegen die Senkrechte um ca. 50° geneigt. Die Schattenbänder verlaufen vor und nach der Totalität nur dann in der gleichen Richtung, wenn der Beobachter sich exakt auf der Zentrallinie befindet.
Um den Kontrast und Änderungen der Fliegenden Schatten in ihrem zeitlichen
Verlauf noch genauer studieren zu können, habe ich mit Hilfe von
LIMOVIE
das Helligkeitsprofil eines vier Pixel großen Bildausschnittes gemessen
und weiter analysiert. Von der erhaltenen Intensitätskurve habe ich
mit der Software
SPECTROGRAM
eine grafische Zeit-Frequenz-Spektralanalyse erstellt. Man derkennt, dass
zu den Kontakten hin die Aktivität vor allem der hochfrequenten anteile
steigt. Es ist auch zu sehen, dass die Aktivität nicht kontinuierlich
abläuft, sondern durchaus kurze Aktivitätsminima auftreten
können.
Mehr zu Beobachtung und Theorie der Fliegenden Schatten in meiner Spezialseite.
Aufgenommen haben wir auch den an- und abziehenden Mondschatten mit mehreren
Kameras. Die Aufnahmen der Kameras, zeigen zwar den Schatten, aber bei weitem
nicht so deutlich wie in Frankreich 1999, wo eine durchgängige Wolkenschicht
eine ideale "Mattscheibe" für den Schatten bietete :-(
Eine 7-sekündige Zeitrafferaufnahme mit drei
Synchronkameras kann hier heruntergeladen werden (MPEG-2, 530 kB).
(Achtung: bei Wiedergabeproblemen den VLC Medi Pggf. aktuellen
Windows-Media-Player von Microsoft herunterladen, da MPEG-2
standardmäßig nicht unbedingt von jedem Player abgespielt wird!)
Übrigens, für diejenigen, die versucht haben, die Finsternis von Deutschland aus zu beobachten, ein Bild aus Mitteleuropa:
Ansicht der Finsternis
2001 in der maximalen Annäherung von Deutschland aus, bei seeehr klarem
Wetter..
Gerechnet für Stuttgart, im stillen Gedenken an einen verregneten Tag im August ;-(
Die Sonne wurde dieses Mal knapp verfehlt...
Das Bild ist auch in hoher Auflösung
herunterzuladen (157 kB)
Grafik der Messungen :
Die orangefarbene Kurve gibt die Helligkeit des Himmels am Finsternistag und am folgenden Morgen in logarithmischer Skalierung wieder. Die rote Kurve zeigt den Temperaturverlauf in 5 Metern Höhe, die gestrichelte grüne Kurve den Temperaturverlauf in Bodennähe bei ca 0,5 m, die blaue Kurve die Windgeschwindigkeit.
Finsterniszeitraum und Sonnenauf- und -untergänge sind markiert
Auffallend ist das recht starke Absinken der Temperatur, vor allem in Bodennähe. In höheren Luftschichten ist der Abfall auch noch stark, aber deutlich geringer.
Die folgende Grafik zeigt etwas detaillierter den Verlauf der Werte im Finsterniszeitraum. Auffallend ist, dass die Temperatur in Bodennähe ca. 40 Minuten nach dem ersten Kontakt unter die Temperatur der oberen Luftschichten sinkt, und auch noch bis nach dem vierten Kontakt darunter bleibt. Offenbar ist die Temperatur der tiefen Luftschichten wesentlich von der Erwärmung des Bodens durch die Sonne bestimmt, während die höheren Luftschichten erst durch die Durchmischung mit den Bodenschichten durch Wind und / oder Konvektion ihre Temperatur ändern. Das würde den stark gedämpften Temperaturverlauf in 5 m Höhe gut erklären. Auch das subjektive Temperaturempfinden der Beobachter ist offenbar durch die Infrarotstrahlung von Sonne und Boden wesentlich bestimmt, denn man meint bereits einen recht deutlichen Temperaturabfall zu bemerken, wenn die gemessene Lufttemperatur noch fast unverändert ist. Diese Beobachtung konnte auch bei der letzten Sonnenfinsternis in Frankreich trotz der starken dortigen Bewölkung gemacht werden.
Die Helligkeit des Himmels sank zur Mitte der Finsternis auf 2,8 Lux. Das ist ein Wert, der größenordnungsmäßig etwa das 10fache einer Vollmondnacht erreicht und einer Helligkeit in der Dämmerung bei einem Sonnenstand von etwa 6 Grad unter dem Horizont entspricht.
Der Wind zeigte in Bodennähe keinen Einfluss seitens der Finsternis. Er war von wenigen schwachen Böen abgesehen den ganzen Tag fast unmerklich, und um die Totalität hat kein Gruppenteilnehmer ein Auffrischen bemerkt. Auch die Messungen zeigen nichts dergleichen.
Ein
Detailausschnitt zeigt den genauen Verlauf der Helligkeit um die Totalität
herum. Die leichte Asymmetrie zur Finsternismitte dürfte auf einer ungenauen
Zeitkalibierung beruhen.
Die Tabellen mit den kompletten Messwerten können Sie frei downloaden (7 kB Textfile), ebenso die gezippten Messgrafiken (317 kB) in voller Auflösung als Tiff-Datei.
Ein guter Vergleich zu meinen Messungen: Bill Ronald's temperature measurement (fast genau der gleiche Beobachtungsplatz, nur wenige 100m entfernt!)
Mein Equipment. Dank an Gisela Bertram für den gelungenen
Schnappschuss!
Die Messwerte wurden am Exkursionsort mit einem Psion Organiser II aufgezeichnet. Eine genaue Dokumentation des apparativen Schnickschnacks findet sich auf meiner SoFi-Organiser-Seite.
der kombinierte Wind- Helligkeits- und Temperatursensor.
Der Thermosensor befindet sich unter der abgeschatteten Platte rechts,
der Helligkeitssensor darüber
1) Helligkeit
Als Sensor dient der Chip "TSL230" (Texas Instruments), der die Lichtintensität in eine Frequenz umsetzt. Er ist unter einer Lichstreukuppel montiert und kann in seiner Empfindlichkeit durch Umstellung der Chipfläche um den Faktor 10 und 100 verstellt werden. Zusätzlich kann die Ausgangsfrequenz durch 2, 10 und 100 geteilt werden. So wird schon durch einfache Umstellung eine Anpassung des Ausgangssignals um den Faktor 10000 ermöglicht. Das Ausgangssignal selbst kann Werte zwischen weniger als einem Hz und etwa 1 MHz betragen, so dass sich ein extrem hoher Dynamikbereich des Sensors ergibt. Er liefert einen TTL-Ausgangspegel, so dass er direkt am Parallelport eines PC bzw. an meiner Hardware-Erweiterung des Organisers betrieben werden kann. Die gemessenen Frequenzen wurden in Abhängigkeit von der Empfindlichkeitseinstellung umgerechnet, auf Lux normiert und so in den CSV-Dateien abgespeichert. Die Genauigkeit beträgt ca. +- 20%.
2) Temperatur
Die Temperaturregistrierung in Bodennähe hat der Chip "LM 75" (National Semiconductors) mit einer Auflösung von 0,5° K vorgenommen. An der Mastspitze war der genauere DS 1621 mit höherer Auflösung (besser als 0,1 Grad) untergebracht.
Das Ausgangssignal kann über einen I2C-Bus direkt und praktisch im Klartext digital über die parallele Schnittstelle in den Computer eingelesen werden (Dieses Design geht auf eine Idee von Wolfgang Back im WDR-Computerclub zurück. Stichwort "Lallus", das ist eine Wetterstation auf Basis der C-Control-Unit).
3) Wind
Als Anemometer kam ein dreiflügeliges Windrad mit horizontalen Schaufeln zum Einsatz. Die Drehgeschwindigkeit wurde über eine Lichtschranke mit dem Organiser gemessen. Genauigkeit etwa 20%, Ansprechen ab etwa 2 m/s Windgeschwindigkeit.
Am Exkursionsort waren alle Sensoren bis auf dem Bodensensor auf einem Mast ca. 4-5 m über dem Boden montiert.
Fotografie der Korona mit 135, 500 und 1000 mm Brennweite auf Fujichrome Velvia.
Videoaufzeichnungen der Korona durch die Teammitglieder Gebhard Oelmeier, Manfred Heinrich und Stefan Heinsius (Digital 8 bzw. Mini-DV-Cams).
Videoaufzeichnungen der Landschaft und des Himmels mit zwei Weitwinkel-Videokameras (eine nach Osten, die andere nach Westen) für den Mondschatten (Hi8-Kameras)
Eine Fisheye-Videokamera in den Zenit gerichtet zur Aufnahme des Schattens dort (Mini-DV-Kamera).
Eine Kamera zur Aufnahme eines ca 1,4 x 2,4 m großen Tischtuches zur Aufnahme der fliegenden Schatten
Die vorherige Koordination der Reiseteilnehmer über eine Mailingliste und das Zusammenlegen des Videoequipments hat sich sehr gelohnt. Mein Dank gilt vor allem Herrn Dr. Andreas Dahm für die Bereitstellung einer Kamera für die fliegenden Schatten sowie Doris Unbehaun und Günther Bendt für die Mitnahme von Kameras zum Filmen des Mondschattens.
Ein ähnliches Programm hatte ich 1999 für ein Notebook gemacht, aber außer Wetter ist dabei nichts herausgekommen :-((
Anregungen oder fertige Software zur Kamerasteuerung für andere Computer finden sich bei:
© Dr. Wolfgang Strickling, Drususstr. 15, 45721 Haltern am See. Tel: (0 23 64) 16 76 91
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Meine PC-gestützten Beobachtungen von der SoFi
11.08.1999, 31.05.2003,
29.03.2006
Die Tabellen mit den Messwerten dieser
Finsternis
Tipps zur SoFi-Fotografie und Belichtung auf meiner
Sonderseite Fotografie mitBildern
von 2001.
Mein Reisebericht der Finsternis 21.06.2001
im schatten. Eine virtuelle Ausstellung mit
Bildern der SoFi 2001 und Texten von Adalbert Stifter
Mehr zu den Fliegenden Schatten
SoFi-Organiser-Seite: Meine Kamerasteuerung und
Messwertspeicherung auf Basis des batteriebetriebenen Organisers II von
Psion.
Meine Sonnenfinsternis-Projekte
Hotlinks zu interessanten Webseiten für
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26.01.2007
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