english text 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.
YouTube Videos hier für den zweiten Kontakt und dritten Kontakt
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 (links) 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
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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
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batteriebetriebenen Organisers II von Psion.
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Hotlinks zu interessanten Webseiten für
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