Solformørkelser har endt krige og løst fysikkens gåder
Mange ser frem til den 21. august i år, for på denne dag indtræder en af de sjældne totale solformørkelser, som denne gang kan ses i et bælte tværs hen over USA. Her kan du få et overblik over nogle af historiens vigtigste solformørkelser, og hvad de har betydet.
total solformørkelse sol korona atmosfære lys rummet

Ved en total solformørkelse kan man se Solens yderste atmosfære, den såkaldte korona. Mærkeligt nok er denne meget tynde atmosfære meget varmere end selv solens overflade. (Foto: National Optical Astronomy Observatory) 

I år kan man igen opleve det magiske øjeblik, hvor Solen glider helt om bag Månen, mørket sænker sig, stjernerne kommer frem, og Månen er omgivet af det slørede hvide lys, som er Solens yderste atmosfære, koronaen.

Historien kort
  • I USA kan man 21. august i år opleve en sjælden total solformørkelse.
  • Solformørkelser har gennem tiden både fascineret og frustreret. I tidlige tider er de blevet set som et overjordisk tegn, der eksempelvis har fået stridende magter til at slutte fred. 
  • Fysikken omkring solformørkelser har hjulpet videnskaben på vej ved flere lejligheder. Blandt andet var det en solformørkelse, der for alvor gjorde Einstein berømt.

Og med lidt held er det også muligt at se de rødlige protuberanser, som er udbrud fra Solens overflade.

Men det hele forsvinder på et sekund, når Solen igen kommer frem.

Det gælder derfor om at gribe oplevelsen, for i de kommende år er der kun to andre solformørkelser, som er let tilgængelige for os, der bor i Europa:

8. april 2024 er der en solformørkelse over det østlige USA, og 12. august 2026 er der en solformørkelse over Spanien. I de kommende 20 år er der 15 totale solformørkelser, men de er næsten alle langt væk fra Europa og på steder, som det er ganske dyrt eller vanskeligt at besøge.

I en senere artikel vil vi se nærmere på formørkelsen 21. august. Her vil vi se lidt på formørkelser, og den betydning de har haft i historien og for videnskaben.

409 år til total formørkelse over Fyn

En solformørkelse opstår som bekendt, når Månen glider ind foran Solen. Det betyder, at en formørkelse kun kan finde sted, når det er nymåne, og Solen, Månen og Jorden står på ret linje.

Om artiklens forfattere

Helle og Henrik Stub er begge cand.scient'er fra Københavns Universitet i astronomi, fysik og matematik.

I snart 40 år har parret beskæftiget sig med at formidle astronomi og rumfart gennem radio, fjernsyn, bøger og foredrag og kurser.

De står bag bogen 'Det levende Univers' og skriver om aktuelle astronomiske begivenheder for Videnskab.dk, hvor de går under kælenavnet 'Stubberne'.

Nu er der 29,5 dag mellem to nymåner, så man skulle tro, at vi derfor vil komme til at opleve en masse solformørkelser. Men det er langt fra tilfældet. Der er i gennemsnit 18 måneder mellem, at vi oplever en total solformørkelse her på Jorden, og man skal i hvert fald ikke blive hjemme i håb om, at man ved et tilfælde får en at se, der hvor man bor. Gennemsnitstiden mellem, at et bestemt sted her på Jorden oplever en total formørkelse, er tæt på 400 år.

Sidst vi havde en total solformørkelse i Danmark var 28. juli 1851 over Nordjylland og Nordsjælland, og næste gang bliver 25. maj 2142, hvor formørkelsen dog kun kan ses over det østlige Bornholm. Derefter skal vi vente til 2. september 2426, hvor formørkelsen til gengæld kan ses over store dele af Danmark, tværs hen over Jylland, Fyn og Sydsjælland.

Vi bor næsten lige midt i det område, hvor formørkelsen bliver total over Fyn og kan kun håbe, at vores fjerne efterkommere om 409 år får en god oplevelse.

ringformet solformørkelse korona himmelen atmosfære

Denne ringformede solformørkelse er fotograferet i Tokyo, Japan, i maj 2012. (Foto: Shutterstock)

Nu er der ingen garanti for en total solformørkelse, selv når Solen, Månen og Jorden står på ret linje. Månens bane er nemlig en smule aflang, og det betyder, at der er en forskel på næsten 13 procent i afstanden, når Månen er tættest på Jorden og længst væk.

Når månen er længst væk – ca. 405.000 km fra Jorden – er måneskiven ikke stor nok til at dække helt for Solen. Så får vi i stedet en såkaldt ringformet formørkelse, hvor man selv midt under formørkelsen kan se den lysende rand af Solen.

Derfor er totale solformørkelser sjældne

Grunden til at totale solformørkelser er så sjældne er, at Månens bane danner en vinkel på ca 5o med jordbanens plan, kaldet ekliptikas plan. Det betyder, at ved langt de fleste nymåner er Månen enten over eller under den linje, der forbinder Jorden og Solen, og det betyder at de tre himmellegemer ikke kommer til at stå på ret linje.

Formørkelser kan kun finde sted, hvis nymånen indtræder præcis, når Månen i sin bane krydser ekliptika. Det er ganske kompliceret at beregne, men giver altså forklaringen på, at totale solformørkelser er så sjældne.

Men det mest fantastiske er, at Månen er lige præcis stor nok til at dække den meget større Sol.  Månen og Solen fylder lige meget på himlen, for selv om Solen er 400 gange større end Månen, så opvejes det netop af, at Solen er 400 gange længere væk end Månen.

Astronomisk set er vi netop nu meget heldige i at kunne se en total solformørkelse – for Månens afstand til Jorden vokser med 3,8 cm om året, og det betyder, at om få hundrede millioner år vil alle solformørkelser være ringformede.

Jordens døgn bliver stadig længere

Da Månen blev dannet for 4,5 milliarder år siden var den meget tættere på Jorden, måske kun omring 40.000 km fra Jorden. Månen fyldte dengang meget på himlen, og den kunne uden problemer helt skygge for den fjerne Sol. Meget formørkelse er det dog ikke blevet til, for den nydannede Måne var dengang et par tusinde grader varm og dækket af et hav af glødende lava, så der er kommet en del lys fra Månen.

Dengang var tidevandskræfterne mellem Månen og Jorden 1.000 gange stærkere, end de er i dag. Månen må have rejst kilometerhøje tidevandsbølger i de første have, ligesom Jorden også skabte enorme tidevandsbølger i lavahavet på Månen.

De stærke tidevandskræfter fik enorm betydning for både Jorden og Månen. Begge blev bremset i sin rotation, således at Jordens døgn begyndte at vokse fra de oprindelige godt 6 timer til de 24 timer, det er i dag. Nedbremsningen af Månens rotation var langt hurtigere, og i løbet af måske bare 10 millioner år var Månen endt i en bunden rotation, hvor den altid vender samme side mod Jorden.

Men der var endnu en virkning: Samtidig med, at Månen fik Jorden til at dreje sig langsommere om sin egen akse, fik Jorden Månen til at bevæge sig længere bort, til den nuværende afstand på godt 384.000 km. Som nævnt øges afstanden for tiden med 3,8 cm om året, men det tal vil blive mindre i fremtiden, da tidevandskræfterne bliver svagere, jo længere borte Månen kommer. Men så langt vi kan se ud i fremtiden, vil Jordens døgn vil blive stadig længere, og Månen vil samtidig bevæge sig længere bort fra Jorden.

total solformørkelse sol korona atmosfære lys rummet

Marsmånen Phobos er desværre ikke stor nok til at dække solskiven set fra Mars, så alle formørkelser på Mars er ringformede formørkelser – den samme situation, som vi ender i om et par hundrede millioner år. Dette billede er taget af Marsbilen Curiosity fraoverfladen af Mars. (Foto: NASA/JPL-Caltech/Malin Space Science Systems/Texas A&M Univ.)

Vigtige solformørkelser i historien

Naturligvis har formørkelser været kendt langt tilbage i tiden. Det er en ganske overvældende oplevelse at se en total formørkelse, så det er noget, der er skrevet ned, og som konger og kejsere ønskede at kunne forudsige – ikke mindst fordi formørkelserne blev taget som varsler.

Især i Kina blev det taget alvorligt, og vi ved, at mindst to astrologer mistede hovedet, fordi de ikke havde forudset en formørkelse 2100 f.v.t.

En anden historisk begivenhed, som er forbundet med en solformørkelse, fandt sted 28. maj, 585 f.v.t. Den er beskrevet af den græske historiker Herodot, og udgangspunktet er en kamp i det, som i dag er det centrale Tyrkiet. Slaget var godt i gang på en varm og solrig dag, da mørket pludselig sænkede sig, og soldaterne kunne se, hvordan Solen gradvist forsvandt for til sidst at blive helt borte.

Det var nok til at standse slaget, og de to parter var så påvirkede af oplevelsen, at datteren af den ene konge blev gift med sønnen af den anden konge. Og så endte den krig...

Men som tiden gik, fik astronomerne styr på, hvad der skaber en formørkelse, og hvordan man kan beregne formørkelser langt frem i tiden. I 1709 blev en solformørkelse for første gang observeret med et teleskop, og i 1842 blev man endelig klar over, at det slørede lys, som omgiver Månen, når formørkelsen er total, simpelthen er det svage lys fra Solens øvre atmosfære, koronaen.

Solformørkelser er vor eneste mulighed for at observere og udforske Solens øvre atmosfære, koronaen. Det har givet anledning til mange diskussioner om, hvorfor koronaen er meget varmere end selve Solens overflade. Men i to tilfælde har formørkelser også påvirket videnskaben inden for andre områder end Solens fysik.

Et ukendt grundstof på Solen

I 1800-tallet blev spektroskopet et af de vigtigste videnskabelige instrumenter, og man begyndte at kortlægge de spektrallinjer, som forskellige grundstoffer danner, når de varmes så meget op, at de gløder. Denne nye teknik anvendte en fransk astronom Jules Janssen under en formørkelse over Indien 18. august 1868.

helium natrium sol korona spektrallinje

Helium har en meget klar gul spektrallinje, der i første omgang betød, at man troede, der var tale om Natrium, der også har en klar gul linje – men ved en lidt anden bølgelængde. (Kredit: Nick Strobel's Astronomy Notes)

Hans observationer af Solens atmosfære under formørkelsen viste blandt andet en klar gul linje, som i første omgang blev taget som en spektrallinje fra Natrium. Men senere blev det klart, at den ikke kom fra nogle af de dengang kendte grundstoffer, og i virkeligheden var Janssens observation den første observation af grundstoffet Helium, som dengang ikke var kendt her på Jorden.

Den engelske astronom Joseph Lockeyer havde næsten samtidig med Janssen set linjen – endda uden hjælp fra en formørkelse. Begge skrev de et brev til det franske videnskabsakademi i Paris, som modtog de to breve samme dag.

I dag deler de æren for opdagelsen, men i øvrigt var der ingen, der for alvor troede på historien om et ukendt grundstof på Solen, før Helium blev opdaget her på Jorden næsten 30 år senere. Men så fik Janssen og Lockeyer også hver sin guldmedalje i Paris – man havde dog stadig ingen anelse om den rolle, Helium spiller i universet. Det blev blot anset for et temmelig sjældent grundstof uden den helt store betydning.

Vejleder tog æren for opdagelse

I 1925 skrev den unge astronom Cecilia Helena Payne-Gaposchkin en doktorafhandling, hvor hun anvendte den dengang helt nye kvantemekanik til at fortolke spektrene både for stjernerne og Solen ved hjælp af en ligning, som var udviklet af den indiske fysiker Meghnad Saha.

Hun var den første, der forstod, at astronomerne indtil da havde fortolket spektrene forkert. De hyppigste grundstoffer i universet var hverken tunge stoffer som Jern eller Calcium, som man hidtil havde troet, men derimod Brint og Helium. Faktisk udgør Helium 25 procent af det synlige stof i universet.

Men Cecilia Helena Payne Gaposchkins opdagelse af, at universet i alt væsentligt består af Brint og Helium, brød i en sådan grad med datidens viden, at hendes vejleder, den dengang ret berømte astronom Henry Russell, fik hende til at opgive denne konklusion i sin afhandling. Fire år senere i 1929 fandt Russell ud af, at Payne-Gaposchkin havde haft ret, og så offentliggjorde han opdagelsen – men kun med en meget kort henvisning til hende. Så han fik æren, men kun i første omgang.

Historien er et klassisk eksempel på de vanskeligheder, som kvinder havde at slås med for mindre end 100 år siden i videnskaben.

I dag er mængden af Helium i universet et af de vigtigste argumenter for Big Bang-teorien. Ifølge denne teori er næsten al Helium i universet dannet under selve Big Bang, og ikke langt senere inde i stjernerne, sådan som det er tilfældet med de tunge grundstoffer.

En solformørkelse gjorde Einstein berømt

Den videnskabeligt set mest betydningsfulde totale solformørkelse i videnskabens historie fandt sted 29. maj 1919 på den lille ø Principe ud for Afrikas Vestkyst. For det var her, Einsteins almene relativitetsteori fik sin første eksperimentelle bekræftelse.

I 1915, midt under den første verdenskrig, holdt Einstein en række forelæsninger i Berlin, hvor han præsenterede sin nye såkaldt almene relativitetsteori, der var den første teori, som brød med Newtons gamle opfattelse af tyngdekraften. Det vil føre for vidt at komme ind på detaljerne, men Einstein fortolkede tyngdekraften som en konsekvens af, at selve rummet krummer omkring en klode.

Nu har lys den fortræffelige egenskab, at en lysstråle altid tager den korteste vej, og det er jo normalt en ret linje. Men den korteste vej i et krumt rum er en krum kurve, så hvis en lysstråle fra en fjern stjerne passerer tæt forbi Solen, så vil strålen under passagen få ændret sin retning, fordi rummet og dermed banen for lyset krummer tæt på Solen.

Trods krigen blev kopier af Einsteins forelæsninger smuglet ud af Tyskland til Holland og derfra til England. Og en af dem, som fik fat på en kopi, var den engelske astronom Arthur Eddington, som meget hurtigt så betydningen: Under en total solformørkelse ville det være muligt at se, hvordan stjerner tæt Solen ville flytte sig på himlen, fordi stjernelyset ville være afbøjet ved at passere det krumme rum tæt på Solen.

Ét billede blev afgørende

Til alt held var krigen slut i 1919, så Eddington og en assistent tog af sted til Principe – dengang noget af en rejse til en lille tropeø 225 km vest for Gabon i Afrika.

total solformørkelse sol korona atmosfære lys rummet

Originalt foto af Solen fra formørkelsen 1919. (Foto: Royal Astronomical Society)

En anden ekspedition søgte at fange formørkelsen fra en ø ud for Brasilien. På selve dagen, 29. maj 1919, var vejret  på Principe ikke særlig godt - dagen begyndte med byger og skyer. Men på det afgørende øjeblik klarede det så meget op, at Eddington fik taget 16 billeder af formørkelsen. Kun seks blev taget i helt skyfrit vejr, og af dem måtte de fire vente med at blive fremkaldt, til de nåede tilbage til England. Af de to sidste var kun det ene godt nok til også at vise stjernerne på himlen under formørkelsen.

En ting lettede dog målingerne: Solen stod foran stjernehoben Hyaderne, der har mange stjerner med meget velbestemte positioner. Derfor var det forholdsvis let at se, om nogle af hobens stjerner havde flyttet sig på himlen.

Fire dage senere, 3. juni, foretog Eddington den afgørende måling. Stjernerne på den fotografiske plade – det var dengang – havde flyttet sig ca. 0,1 mm, svarende til at stjernerne havde flyttet sig ca. 0,0004 grader på himlen. Det var netop den afbøjning, Einstein havde forudsagt.

Heldigvis havde vejret over Brasilien været bedre, og målingerne derfor lettere at foretage. Desværre var der her problemer med teleskopet. Der var nogen diskussion om man kunne stole på Eddingtons resultater, fordi målingerne på grund af vejret ikke var af den højeste kvalitet. Men en ny analyse af hans målinger i 1979 har fuldt ud bekræftet Eddingtons konklusioner.

Jubel fra Einsteins sygeseng

Einstein selv var syg og sengeliggende, da telegrammet om målingen nåede ham. Eddington havde fattet sig i korthed:

'Through cloud. Hopeful. Eddington', men det var nok for Einstein, som udbrød: 'Jeg vidste, jeg havde ret'.

Det var denne opdagelse, der for alvor gjorde Einstein berømt, så selv det ærværdige The Times i England et par måneder senere havde en stor artikel under overskrifterne:

REVOLUTION IN SCIENCE

New Theory of Universe

Newtonian Ideas Overthrown

Det er synd at slutte denne beretning uden en meget berømt historie om Eddington:

Ved en lejlighed henvendte en fysiker ved navn Ludwik Silberstein sig til Eddington og foreholdt ham det imponerende i, at kun tre mennesker i verden forstod Einsteins relativitetsteori - underforstået, at Silberstein selv var en af dem. Da Eddington tøvede med svaret, udbrød Silberstein 'nu ikke så beskeden', hvortil Eddington svarede: 'Nej slet ikke, jeg står blot og tænker på, hvem den tredje er'.

I dag har formørkelser måske ikke den samme videnskabelige betydning som i 1919, men det er en enestående oplevelse, som fortjener bare at blive nydt. Og næste mulighed er altså 21. august i USA.

Lyt på Videnskab.dk!

Hver uge laver vi digital radio, der udkommer i form af en podcast, hvor vi går i dybden med aktuelle emner fra forskningens verden. Du kan lytte til den nyeste podcast i afspilleren herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Har du en iPhone eller iPad, kan du finde vores podcasts i iTunes og afspille dem i Apples podcast app. Bruger du Android, kan du med fordel bruge SoundClouds app.
Du kan se alle vores podcast-artikler her eller se hele playlisten på SoundCloud