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Jahrhundertereignis: Das Rendezvous von Venus und Sonne

Wenn am 8. Juni der Planet Venus zwischen 7.20 Uhr und 13.23 Uhr vor der Sonne vorbeizieht, werden Millionen Augen seinen Weg verfolgen, Tausende Teleskope die kleinsten Details einfangen und Dutzende Websites die Bilder live im Internet übertragen. Nur - was wird es eigentlich zu sehen geben? Und worin liegt die Besonderheit eines Venustransits?
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Wissenschaft von heute ist ein Medienevent. Immer öfter, immer sensationeller drängen Themen aus Forschung und Technik ins Rampenlicht. Besonders gut laufen Ereignisse aus der Astronomie. Den Sternenhimmel kennt und liebt schließlich jeder, er ist (bei gutem Wetter) schnell zur Hand, ungeheuer geheimnisvoll und latent bedrohlich – auf diese Weise schafft der Kosmos es mit Asteroiden, Kometen und Weltuntergängen schon mal bis in die Kino-Charts. Und ganz ehrlich: Haben Sie nicht auch nach jeder verpassten Mondfinsternis das nagend schlechte Gewissen, eine kleine Sensation verschlafen zu haben? Wie soll das erst nach dem Venustransit am 8. Juni sein, wo die Medien doch jetzt schon immer lauter trommeln?

Was gibt es eigentlich zu sehen?

Dabei wird der Blick zum Himmel am 8. Juni auch nicht viel anders sein als am Tag zuvor oder danach. Während die Venus vor der Sonne vorbeizieht, wird es auf der Erde nicht merklich dunkler. Mit einer Sonnenfinsternis, die entsteht, wenn der Mond sich zwischen Sonne und Erde schiebt, kann sich der Venustransit bei weitem nicht messen – dafür ist der Planet viel zu weit weg und darum zu klein am Himmel.
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Merkur- und Venusdurchgang im Vergleich | In diese Aufnahme vom Merkurdurchgang im Mai 2003 ist zum Größenvergleich per Computer ein Venusscheibchen eingefügt. Von den Sonnenflecken unterscheiden die Planeten sich vor allem durch ihre kreisrunde Form.
Lediglich als winziges schwarzes Scheibchen erscheint die Venus morgens vor der Sonne, zieht langsam ihre Bahn, ohne dabei allzu weit in Richtung der Sonnenmitte zu wandern, und verlässt schließlich gegen Mittag das Blickfeld. Das war's!

Ein echtes Jahrhundertereignis

Nicht gerade spektakulär, mögen Sie jetzt denken. Aber dennoch ist ein Venustransit eine ganz besondere Sache, die aus drei Gründen unsere Aufmerksamkeit verdient:

• Das Ereignis ist bedeutend seltener als eine zugegeben
  spektakulärere Sonnenfinsternis.
• Im 18. und 19. Jahrhundert unternahmen Wissenschaftler
  gefährliche und aufwändige Expeditionen um die halbe
  Welt, um einen Venustransit zu beobachten.
• Mit vergleichsweise einfachen Mitteln können wir selbst die
  Messungen dieser unerschrockenen Wissenschaftler
  nachvollziehen und grob bestimmen, wie weit es eigentlich
  von der Erde zur Sonne ist.

Sie sehen also, es kann sich lohnen, am 8. Juni mit Sonnenschutzfilter und Stoppuhr nach draußen zu gehen und selbst ein wenig Wissenschaftsgeschichte nachzuvollziehen. Man muss eben nur wissen, worauf es ankommt. Tipps für Ihre eigene Beobachtung finden Sie auf der dritten Seite dieses Artikels, und einen Eindruck von den Mühen Ihrer forschenden Vorläufer erhalten Sie auf der zweiten Seite.
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Venustransit schematisch | Ein Schema der Wanderung des Venusscheibchens vor der Sonne.


Wie es ist, einen Venustransit mit eigenen Augen zu verfolgen, dürfte Ihnen kein heute lebender Mensch erzählen können. Das letzte Mal war die Stellung der Planeten am 6. Dezember 1882 so günstig, dass die Venus von der Erde aus betrachtet vor der Sonne lag. Wenn Sie es in diesem Juni verpassen sollten, bietet sich die nächste Chance am 5. Juni 2012, wovon in Mitteleuropa jedoch nur der letzte Teil in den frühen Morgenstunden zu sehen sein wird. Und danach dauert es bis zum 11. Dezember 2117 – ein wenig zu spät für reuige Amateurastronomen.

Der Grund für die über viele Jahrhunderte gleichen Abstände von 8 Jahren, 121,5 Jahren, 8 Jahren und dann 105,5 Jahren, wonach der Zyklus wieder von vorne beginnt, liegt in den Umlaufbahnen von Venus und Erde um die Sonne. Deren Ebenen sind nämlich um 3,4 Grad zueinander gekippt. In den allermeisten Fällen steht die Venus also ober- oder unterhalb der Sonne, wenn sie sich zwischen Erde und Sonne schiebt. Nur an zwei Punkten – den so genannten Knoten, in denen die Venusbahn die Ebene der Erdbahn schneidet – reihen sich die drei Himmelskörper einigermaßen in einer Linie auf. Weil ein Venusjahr 224,7 Tage misst, das Erdjahr hingegen 365,25 Tage, geschieht dies mit der erwähnten Rhythmik.

Und warum die ganze Aufregung?

Die Seltenheit alleine würde den Venusdurchgang zu einer astronomischen Kuriosität machen, ihm aber nicht die enorme Bedeutung verleihen, die Wissenschaftler dem Ereignis lange Zeit zugemessen haben. Tatsächlich könnte ein exakt dokumentierter Venustransit im Prinzip etwas liefern, wonach die Astronomen seit dem Altertum suchten: ein Längenmaßstab, mit dem sie das Sonnensystem in Meilen oder Kilometern vermessen können.

Wie auch heute noch litt die Erforschung des Kosmos bereits damals an dem Problem, die Distanzen zwischen den Objekten einigermaßen zuverlässig anzugeben. Während moderne Astronomen sich über die Entfernungen von fremden Galaxien und Quasaren streiten, waren die Forscher früherer Jahrhunderte noch damit beschäftigt, unser Sonnensystem zu kartieren. Einen großen Schritt vorwärts brachte sie dabei Keplers drittes Gesetz zur Planetenbewegung. Danach hängen die Umlaufzeit eines Planeten zum Quadrat und sein Abstand zur Sonne hoch drei miteinander zusammen. Daraus ließ sich immerhin eine Karte des Sonnensystems mit relativen Entfernungsangaben ableiten. So war bekannt, dass die Venus ihre Bahn ungefähr bei zwei Dritteln der Strecke Sonne-Erde zog. Es fehlte nur noch der Maßstab, um die Karten mit Zahlen zu füllen. Doch genau hier lag das Problem.

Es war schließlich Edmond Halley, dessen Name vor allem durch den nach ihm benannten Kometen bekannt ist, der entdeckte, wie man einen Venustransit nutzen konnte, um über geometrische Berechnungen die Entfernung zwischen Erde und Sonne zu bestimmen. Hatte man diesen Wert, so würden sich alle anderen Distanzen einfach berechnen lassen. Allerdings benötigte man zunächst genaue Zeitmessungen des Durchgangs, die an mindestens zwei möglichst weit voneinander entfernten Orten ermittelt werden mussten. Was im Zeitalter von Transkontinentalflügen und Internet allenfalls ein Achselzucken hervorruft, lag damals noch jenseits der Möglichkeiten. Immerhin machten sich im 18. und 19. Jahrhundert dutzendweise Expeditionen auf, um dennoch ihr Glück zu versuchen. Einen kleinen Einblick in das emsige Forschungstreiben gibt Ihnen die nächste Seite dieses Artikels zum Venustransit.

Erst verpennt und dann verkriegt

Wenn die Venus vor der Sonne vorbeizieht, so ist das vielleicht nicht sonderlich auffällig, aber durchaus mit dem bloßen Auge zu sehen. Es ist daher anzunehmen, dass schon in frühen Zeiten gelegentlich ein Beobachter sich über den dunklen Flecken gewundert hat. Doch vermutlich waren das eher zufällige Blinzler. Gezielt konnten die Astronomen erst vorgehen, als Johannes Kepler die Bahndaten der Venus berechnet und für den 6. Dezember 1631 den ersten Transit vorausgesagt hat. Er selbst starb leider im Jahr zuvor, doch sein Schwiegersohn Jacob Bartsch benachrichtigte rechtzeitig mehrere Astronomen. Die hatten jedoch kein Glück, denn als die Venus in Position war, herrschte in Europa tiefe Nacht, und in Amerika wusste niemand von dem Schauspiel.

Es dauerte deshalb noch acht Jahre, bis der erste Mensch bewusst die Venus vor der Sonne betrachtete. Der Engländer Jeremiah Horrocks hatte die Aufzeichnungen Keplers sowie weitere Werke studiert, nachgerechnet und an manchen Stellen korrigiert, bis er schließlich für Sonntag, den 4. Dezember 1639, den nächsten Transit in Anmarsch sah. Er informierte seinen Freund William Crabtree in Manchester und harrte angespannt der Dinge. Als der Tag gekommen war, bedeckten Wolken den Himmel, die nur in kleinen Lücken einen Blick auf die Sonne zuließen. Außerdem musste Horrocks seine Beobachtungen für "Geschäfte von höchster Wichtigkeit" unterbrechen – als Reverend konnte er schlecht den Sonntagsgottesdienst ausfallen lassen. So blieb ihm nur eine halbe Stunde, in welcher er die Venus nicht nur sah, sondern auch noch ihre Größe genau vermessen konnte. Seine Berechnungen waren also einwandfrei gewesen. Und das ohne Taschenrechner oder Computer! Außer ihm sah wohl nur Crabtree den Vorgang, obwohl dieser vor Aufregung vergaß, irgendwelche Daten zu notieren.

Nach der Verkündung Halleys im Jahre 1716, dass die Entfernung zwischen Erde und Sonne (die so genannte astronomische Einheit, AE) aus Messungen während eines Venustransits zu berechnen wäre, gewann dieses Unternehmen an Bedeutung. Die nächsten Möglichkeiten standen für 1761 und 1769 ins Haus. Es blieb also genug Zeit, sich ordentlich vorzubereiten. Und das war bitter nötig. Einerseits war der Transit von 1761 in Europa nur in seiner Endphase zu sehen, und andrerseits brauchte man mindestens zwei Beobachter, die so viele Breitengrade wie es geht, voneinander entfernt sein sollten. Und so machten sich verschiedene Expeditionen auf, um einen guten Platz einzunehmen: Sibirien, Madagaskar, Indien, St. Helena, Neufundland oder Sumatra zum Beispiel.

Wenn schon Pech, dann richtig

Nicht jede dieser Expeditionen war erfolgreich oder erreichte überhaupt ihr Ziel. Die Nationen waren gerade wieder bei einer ihrer Lieblingsbeschäftigungen: Sie führten Krieg, und zwar jene Ausgabe, die unter dem Namen "siebenjähriger Krieg" die Geschichtsbücher mit Pulverdampf füllt. Besonders ein Astronom hatte unter dieser ungünstigen Randbedingung zu leiden: Guillaume Joseph Hyacinthe Jean Baptiste Gentil de la Galaisère, kurz Le Gentil.

Sein Ziel war die Stadt Pondichèry in Indien. Bei einem Zwischenstopp auf Mauritius erfuhr Le Gentil, dass die Engländer den Ort belagerten und die Region für französische Wissenschaftler zu gefährlich sei. Da es noch gut ein Jahr bis zum Venustransit war, konnte Le Gentil erstmal abwarten. Doch die Sache zog sich hin, und so beschloss der Franzose, seine Reise auf einem Kriegsschiff fortzusetzen. Nach Sturm und hoher See kam kurz vor dem Ziel die Nachricht, dass Pondichèry inzwischen in englischer Hand sei. Den Militärs und dem Wissenschaftler blieb nichts anderes übrig, als umzukehren. Mitten auf hoher See, bei bestem Wetter konnte Le Gentil dann zusehen, wie Venus vor der Sonne entlangzog. An exakte Messungen war jedoch an Bord eines schwankenden Schiffes nicht zu denken. Dieses war die erste Chance...

Enttäuscht, aber nicht völlig entmutigt, beschloss Le Gentil, die acht Jahre bis zum nächsten Transit gleich im Süden zu bleiben. Die Zwischenzeit vertrieb er sich mit anderen Forschungsaufgaben und stach rechtzeitig in See, um sein Glück dieses Mal auf den Philippinen zu versuchen. Dort schickte man ihn allerdings gleich weiter nach Indien, in das bereits bekannte Pondichèry, über dem mittlerweile wieder die französische Flagge wehte. Abermals hatte Le Gentil Pech: Herrschte auch Frieden in Indien, so hatte das Wetter nun schlechte Laune – eine dichte Wolkendecke versperrte ihm den Blick zur Sonne. Tief betrübt sah der Astronom seine zweite und letzte Chance vergehen.

Um die halbe Welt für den besten Platz

Die berühmteste Expedition zu einem Venustransit hat jedoch ein Engländer unternommen. Die erste Reise von James Cook führte ihn 1769 nach Tahiti, damit die Forscher an Bord endlich die erhofften Daten sammeln konnten. Das acht Jahre zuvor gewonnene Material hatte sich bei der Auswertung leider als ziemlich unbrauchbar erwiesen. Acht Monate war die Endeavour unterwegs, in denen die Besatzung auf sich allein gestellt war. Mehrere Bücher sind über diese und die weiteren Reisen von Cook geschrieben worden, doch der Venusdurchgang spielt darin allenfalls eine Nebenrolle. Zu überwältigend waren wohl die andersartigen Eindrücke und Abenteuer dieser Fahrt.
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Cooks Zeichnung | Diese Zeichnungen fertigte James Cook an. Deutlich ist der so genannte "schwarze Tropfen" zu erkennen. Außerdem scheint der britische Kapitän die Verschmierung des Scheibchens durch Umlenkung der Lichtstrahlen in der Venusatmosphäre bemerkt zu haben.
Immerhin hatte Cook den geheimen Auftrag, sich nach dem Venustransit auf die Suche nach dem geheimnisvollen Südkontinent zu machen. Gewissenhaft kreuzte der Kapitän im Pazifik auf und ab, aber das riesige Festland, dessen Existenz manche Wissenschaftler als Gegengewicht zu den Landmassen Europas, Asiens und Nordamerikas forderten, war nirgends zu entdecken. Lediglich das kleine Australien, in dessen Great Barrier Riff die Endeavour beinahe Schiffbruch erlitt, bot eine etwas größere Küstenlinie.

Aus den Aufzeichnungen und Karten von Cook geht hervor, wie genau der Kapitän messen und vermessen konnte. Dennoch differierten seine Zeiten bei der Beobachtung des Venustransits und jene des Astronomen Charles Green, der neben Cook stand, um volle 42 Sekunden. Sie werden bei Ihren eigenen Versuchen erkennen, wo die Schwierigkeiten einer brauchbaren Messung liegen.

Wann geht's los?

Am 8. Juni ist es soweit: Mit Filter, Stoppuhr, Fernglas, Teleskop oder Projektionsvorrichtung können Sie den Durchgang der Venus vor der Sonne selbst beobachten und vermessen. Je nachdem, wo Sie im deutschsprachigen Raum wohnen, beginnt das Schauspiel ein paar Sekunden vor oder nach 7.20 Uhr. Zu dieser Zeit findet der erste Kontakt statt, wenn das Venusscheibchen gerade die Sonnenscheibe zu berühren scheint.
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Phasen des Durchgangs | Die Phasen des ersten, zweiten, dritten und vierten Kontakts. Um selbst die astronomische Einheit zu bestimmen, sollten Sie die Zeiten für den zweiten und dritten Kontakt messen.
Meist erkennt man dies erst ein wenig später, und die Venus hat sich schon ein Stückchen vor die Sonne geschoben.

Die genaue Uhrzeit für den zweiten Kontakt sollten Sie sich notieren. Er ist daran zu erkennen, dass die Venusscheibe sich vom Rand der Sonnenscheibe löst. Zumindest lässt sich das in der Theorie so genau angeben. In der Praxis erschwert vor allem das Phänomen des "schwarzen Tropfens" die exakte Bestimmung des Zeitpunkts. Als sei die Venus aus einer Flüssigkeit, die mit ihrem hinteren Ende am Sonnenrand klebt, dehnt sich eine dunkle Brücke zwischen beiden. Diesen rein optischen Effekt können Sie auch beobachten, wenn Sie Daumen und Zeigefinger langsam aufeinander zu bewegen: Kurz bevor sich die beiden berühren, sieht es für die Augen so aus, als gäbe es schon eine "flüssig" wirkende Verbindung. Der rechnerische Wert für den zweiten Kontakt liegt übrigens bei 7.39 Uhr und 22 bis 45 Sekunden (je nach Standort).

Bis zum dritten Kontakt vergehen einige Stunden, in denen die Venus vor der Sonne zu sehen ist. Im Gegensatz zu eventuell vorhandenen Sonnenflecken ist der Planet kreisrund und hat einen scharf begrenzten Rand. Auch beim dritten Kontakt zwischen 13.03.31 Uhr und 13.04.18 Uhr bildet sich wieder ein "schwarzer Tropfen".
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"Schwarzer Tropfen" | Der "schwarze Tropfen" ist ein optischer Effekt, der die genaue Bestimmung der Kontaktzeiten erschwert. Als würde die Venus sich wie ein Wassertropfen nur zäh vom Sonnenrand lösen, verbindet eine dunkle Brücke die beiden vorübergehend miteinander. Das Phänomen tritt beim zweiten und beim dritten Kontakt auf.
Versuchen Sie, dennoch eine möglichst genaue Zeit für diesen Kontakt zu ermitteln.

Gegen 13.23 Uhr löst sich das Venusscheibchen schließlich von der Sonnenscheibe. Sollte die Venus Ihnen in Nähe des Sonnenrandes irgendwie verschmiert vorkommen, so haben Sie damit einen Hinweis auf die dichte Atmosphäre der Venus gesehen. Deren Moleküle lenken das Sonnenlicht nämlich ein wenig ab und erschweren die genauen Zeitmessungen noch zusätzlich. Kein Wunder, dass die Astronomen vor Erfindung der Fotografie keine befriedigenden Werte für die Entfernung Sonne-Erde ermitteln konnten.

Nicht ohne meinen Filter

Leider kann man es nicht oft genug wiederholen:
Ohne spezielle Filter in die Sonne zu schauen, kann die Augen dauerhaft schädigen!
Darum sollten Sie auf jeden Fall geeignete Schutzmaßnahmen wählen, um den Venustransit zu beobachten und auch danach noch alles sehen zu können. Je nach Aufwand, den Sie treiben möchten, empfiehlt sich eine der folgenden Möglichkeiten. Am besten, Sie probieren ein paar Tage vor dem Durchgang aus, welche Methode Ihnen am besten gefällt.

• Bei Optikern oder im Fachhandel können Sie spezielle Sonnenfinsternis-Brillen bekommen. Falls Sie noch so eine Brille besitzen, dann prüfen Sie vorher, ob diese vollständig (!) in Ordnung ist. Falten, Kratzer, geknitterte Stellen und ähnliches machen die Brille unbrauchbar. Besorgen Sie sich lieber eine neue. Auf keinen Fall reichen eine oder mehrere Sonnenbrillen, Polarisationsfilter und andere Hilfsmittel!

• Ein sicherer Weg besteht darin, das Bild der Sonne auf eine Oberfläche zu projizieren. Das geht beispielsweise mit zwei Pappkarten. In eine davon stechen Sie ein kleines Loch. Halten Sie diese Karte mit der Fläche in Richtung Sonne, und fangen Sie das durch das Loch tretende Licht mit der zweiten Karte auf. Beim passenden Abstand zwischen den Karten erscheint auf der zweiten eine Projektion der Sonne.

• Sie können auch das Sonnenlicht mit einem Spiegel umlenken und auf eine Wand werfen. Auch hier sollte im richtigen Abstand (etwa fünf Meter) das Bild der Sonne auf der Wand erscheinen. Natürlich schauen Sie an die Wand, nicht in den Spiegel.

• Komfortabler sind kleine Sonnenprojektoren, die der Fachhandel und auch der Science-Shop von wissenschaft-online vertreiben.

• Wenn Sie über ein Teleskop oder ein Fernglas mit Stativ verfügen, können Sie aus Pappe eine Blende gegen das direkte Sonnenlicht basteln und den Bereich hinter dem Okular damit etwas abdunkeln. Auf einen Karton, den Sie hinter das Okular halten, wird das Bild der Sonne projiziert. Allerdings ist es schwierig, mit dem Fernrohr der Sonnenbewegung zu folgen, denn selbstverständlich dürfen Sie weder durch das Okular noch durch das Sucherfernrohr schauen.

• Die ganz edle und leider auch teure Methode besteht darin, sich einen speziellen Sonnenfilter für das Objektiv (!) des Teleskops zu kaufen. Den sollten Sie sehr gut befestigen und besser mit Klebeband fixieren.

• Einfacher und billiger wird es, wenn Sie sich bei der Sternwarte in Ihrer Nähe erkundigen, wann und wo es eine öffentliche Veranstaltung gibt. Dort werden Sie Gelegenheit haben, einen ungefährlichen Blick durch hochwertige Teleskope zu werfen.

Den eigenen Maßstab setzen

Wissenschaft macht vor allem dann Spaß, wenn man selbst Versuche durchführen kann und ein Ergebnis bekommt. Und da Sie schon den Durchgang der Venus vor der Sonne beobachten, können Sie bei der Gelegenheit ja gleich berechnen, wie weit Erde und Sonne denn nun voneinander entfernt sind. Will man das richtig machen, wird es schon ziemlich kompliziert.
Astronomischen Einheit ermittelnLaden...
Astronomischen Einheit ermitteln | Beobachter auf verschiedenen Breitengraden sehen die Venus auf unterschiedlichen Höhen über die Sonnenscheibe wandern. Aus der Differenz lässt sich die Entfernung zwischen Sonne und Erde berechnen, die so genannte astronomische Einheit.
Da braucht man die exakten Daten von mindestens zwei Beobachtern, deren Abstand voneinander zu bestimmen ist. Die Wanderung von Erde, Venus und Sonne, die Drehung der Planeten und ihre genauen Umlaufzeiten – das alles fließt in die Rechnung ein. Wer es so genau wissen will, findet unter den Links im Internet die richtigen Seiten.

In diesem Artikel beschränken wir uns auf eine einzige Formel, für die wir nur eine Angabe benötigen: Ihre gemessene Zeit zwischen dem zweiten und dem dritten Kontakt in Sekunden. Sehen Sie also auf die Uhr, wenn die Venus sich gerade vom Sonnenrand löst und sich auf den Weg über die Scheibe macht. Und dann achten Sie auf die Zeit, wenn die Venus den Sonnenrand am anderen Ende wieder berührt. Die Dauer zwischen diesen beiden Kontakten rechnen Sie in Sekunden um.

Ihren Wert geben Sie dann als Kontaktzeit T in die folgende Formel ein:
Abstand (Sonne-Erde) = (2,912·1012/T)·km·s
Das Ergebnis ist die gesuchte Distanz in Kilometern. Nun, was haben Sie erhalten? Der offizielle Wert liegt bei 149 597 870,66 Kilometer.

Haben Sie weit daneben gemessen? Macht nichts! Sie wissen ja: Die Wissenschaftler des 18. und 19. Jahrhunderts haben mit viel größerem Aufwand keine brauchbare Entfernungsangabe ermitteln können. Aber wenn die Venus uns schon so eine Gelegenheit bietet, dann kann man ja mal sein Glück versuchen. Bis zur nächsten Chance sind es schließlich noch viele, viele Jahre.

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