Пана IV der Sonnenoberfläche unterschied sich durch nichts Besonderes. Doch gab Jung keine richtige Deutung dieses Phänomens. Drei Jahre vergingen, und der niederländische Forscher P. Zeeman vermutete, dass die Spektrallinien im Magnetfeld eine Aufspaltung erfahren, d. h. statt einer Spektrallinie entstehen zwei. Diese Entdeckung, bereits von Faraday vorausgesagt, machte Zeeman, indem er das Spektrum einer Natriumflamme untersuchte, die sich in einem starken Magnetfeld befand. Statt einer gelben Natriumlinie traten zwei oder drei auf, je nachdem, ob das Spektrum der Flamme entlang des Magnetfeldes oder senkrecht zu ihm beobachtet wurde. H. Lorentz erklärte das Zeeman-Phänomen durch eine starke Komplizierung des Magnetfeldes; statt einer geradlinigen Schwingung beschreibt das Elektron eine sternförmige Figur, die die Spektrallinie entsprechend verändert. Die von Lorentz aus seiner Theorie abgeleiteten Folgerungen wurden glänzend durch Zeemans Experimente bestätigt. Im Jahr 1903 bewies Hale, dass die Ursache der Aufspaltung der Spektrallinien in Sonnenflecken der Magnetismus ist. Es stellte sich heraus, dass die Flecken gewaltige Magnete sind. Wenn einer der Pole, der südliche oder der nördliche, eines solchen Magneten zu uns gerichtet ist, dann befindet sich der andere irgendwo im Inneren der Sonne. Diese Flecken nennt Hale unipolare. Dann folgen bipolare Flecken, deren beide Pole wir beobachten können, und schließlich multipolare Flecken, die aus einer Gruppe von Polen bestehen, die zu uns gerichtet sind. Ungefähr 60 % aller Sonnenflecken haben auf der Oberfläche der Sonne zwei Pole – den nördlichen und den südlichen.
Von 970 Flecken, die von 1915 bis 1917 registriert wurden, erwies sich mehr als die Hälfte als Flecken mit entgegengesetzter Polarität, gefolgt von Flecken mit einheitlicher Polarität (32–35 %) und dann multipolaren Flecken (1–2 %). Bipolare Flecken müssen miteinander verbunden sein – ihre Kanäle, die in das Innere der Sonne führen, müssen sich irgendwo dort treffen und so eine Art riesiges gebogenes Rohr bilden.
Schließlich gibt es noch einen weiteren Typ von Flecken. Dies sind die „unsichtbaren“ Sonnenflecken (invisible sun-spots). Sie sind ebenfalls von großem Interesse, da sie offenbar die Fähigkeit besitzen, bei ihrem Durchgang durch die Ebene der Wirbel der Sonnenstürme in der Nähe des zentralen Sonnenmeridians einen bestimmten Einfluss auf die Erde auszuüben.
Unter „unsichtbaren“ Flecken versteht Hale, wie er erklärt, Bereiche der Sonne, in denen noch keine Flecken vorhanden sind, die aber bald entstehen werden. Dies ist der Entstehungsort oder die neue Bildung eines Sonnenflecks, der dem Auge noch nicht sichtbar ist, der jedoch anhand einer Reihe von Begleiterscheinungen auf seiner Oberfläche, die in bestimmten Formen auf den Spektrogrammen erfasst werden, erkannt werden kann.
Welche Erscheinungen in der Materie des Sonnenflecks rufen das Entstehen des Magnetfeldes hervor? Am wahrscheinlichsten spielt hier die wirbelnde Bewegung der gasförmigen Materie, die Ströme elektrischer Teilchen – Elektronen – eine Hauptrolle. Die schnelle wirbelnde Bewegung geladener elektrischer Teilchen ruft das Auftreten von Konvektionsströmen hervor. Ein Konvektionsstrom entsteht immer dann, wenn sich die Elektrizität, die sich in Bezug auf den Leiter in Ruhe befindet, zusammen mit diesem Leiter in Bezug auf andere Körper bewegt. Der Konvektionsstrom wird von Leitungsströmen in benachbarten Leitern begleitet; letztere Ströme können sogar dann entstehen, wenn der Konvektionsstrom konstant in Größe und Richtung ist. Gleichzeitig wissen wir, dass bei einem konstanten galvanischen Strom in benachbarten Leitern keine Ströme entstehen. Trotz dieses Unterschieds zwischen Konvektionsstrom und galvanischem Strom erzeugen beide Ströme um sich herum ein Magnetfeld, dessen Größe und Richtung der Spannung durch dasselbe Gesetz von Biot und Savart bestimmt werden. Die magnetischen Wirkungen der elektrischen Konvektion wurden erstmals 1879 von Rowland entdeckt. Nach Meinung von Ch. Abbot kann jedoch die Elektrizität des Wirbels des Flecks durch die Reibung von Teilchen unterschiedlicher Substanzen entstehen, die im Wirbel mitgerissen werden. Diese Schlussfolgerung zieht Abbot aus der Annahme, dass im zentralen Teil des Wirbels aufgrund der relativ niedrigen Temperatur (bis zu 350 °C) die Bildung von flüssigen und sogar offenbar festen Teilchen zu erwarten ist.
Von den weiteren Arbeiten, die auf die Erklärung der Natur der Sonnenflecken abzielen, verdient die Theorie von W. Bjerknes besondere Beachtung.
Es bleibt noch ein weiteres bemerkenswertes Phänomen bei der Verteilung der Polarität der Flecken im Laufe der Zeit zu erwähnen. Die Untersuchungen von Hale über die Verteilung der Magnetkräfte in Sonnenflecken zeigten, dass in Gruppen aus zwei Flecken die magnetischen Pole in ihnen wie folgt verteilt sind: während desselben 11-jährigen Zyklus, der mit dem nächsten Minimum beginnt, befindet sich in derselben Hemisphäre der Sonne in allen Gruppen ein und derselbe Pol (z. B. der nördliche) immer in dem Fleck, der vorausgeht, und der andere in dem folgenden. Gleichzeitig befindet sich in der anderen Hemisphäre im vorausgehenden Fleck der andere, d. h. der südliche Pol. Die Gruppe stellt somit gewissermaßen zwei unterirdische Magnete dar, die sich im Inneren der Sonne befinden und deren Enden nach außen ragen. Bei einzelnen Flecken wird der andere Pol nach Hale nicht sichtbar; solche Stellen nennt Hale „unsichtbare Flecken“.
Während des Minimums erfolgt ein Polaritätswechsel der Gruppen. Wenn vor dem Minimum im vorausgehenden Fleck der nördliche Pol war, dann wird nach dem Minimum im neuen Zyklus der südliche Pol sein. Folglich wäre es in dieser Hinsicht korrekt, die Periode der Sonnenaktivität nicht mit 11, sondern mit 22 Jahren zu bemessen. Dieser Wechsel erfolgt scharf, und die Sonnenaktivität durchlebt in der Epoche des Minimums einen scharfen Bruch. Im Gegensatz zum 11-jährigen quantitativen Zyklus der Sonnenflecken könnte man diesen 22-jährigen Zyklus als den „magnetischen Zyklus der Sonnenflecken“ bezeichnen.
Abb. II. Einfluss der Planeten Jupiter, Erde, Venus und Merkur auf die Aktivität der Sonne. Obere Kurve – Konstellation der Planeten. Untere Kurve – Aktivität der Sonne (nach F. Malbure)
Die periodische Wirkung der Sonne auf die Erde wurde gewöhnlich den Flecken zugeschrieben, doch sie kann auch von der Sonnenatmosphäre ausgehen, deren Zustand denselben Perioden unterliegt. Daher ist die Erforschung aller Schichten dieser Atmosphäre von größtem Interesse. Aus Platzgründen müssen wir die Erörterung anderer Sonnenphänomene wie Protuberanzen, Fackeln, Flocculi (flocculus), Filamente, Alignements, Granulen und der Sonnenkorona auslassen. Wir weisen nur darauf hin, dass Protuberanzen auf irdische Erscheinungen einen ähnlichen starken Einfluss ausüben können wie Flecken, da sie mit gewaltigen Auswürfen von Sonnenmaterie verbunden sind, bei denen Ströme elektrischer Teilchen in den Weltraum geschleudert werden. Protuberanzen weisen eine Periodizität auf, die mit der der Flecken übereinstimmt.
Es stellt sich die Frage: Welche Ursachen schaffen diese allgemeine Periodizität der Sonnenaktivität? Gegenwärtig vertritt eine Reihe von Astronomen die Ansicht, dass, während die Ursache für das Entstehen aller Sonnenphänomene innerhalb der Sonne zu suchen ist, ihre zeitliche Verteilung und ihre Anordnung auf der Oberfläche des Gestirns auf den Einfluss der Planeten zurückzuführen ist. Tatsächlich fanden eine Reihe von Forschern (E. Fränkel, Maunder) in der Sonnenaktivität Perioden, die mit den Umlaufzeiten einiger Planeten übereinstimmen. Man kann annehmen, dass die Sonne ein empfindliches Instrument ist, das auf alle Änderungen des Gravitationsfeldes als Folge der Bewegung der Planeten im Raum reagiert.
Wie aber wirkt dieser solare Puls, diese periodischen Schwankungen in der Intensität der Aktivität des Gestirns auf die Erde ein, und auf welche Weise werden all diese Einflüsse vermittelt – das sind die Fragen, die wir nun stellen dürfen. Zunächst wollen wir jedoch betrachten, welche energetischen Faktoren die Sonne in den kosmischen Raum aussendet, in dem sich auch unsere Erdkugel bewegt.
Kapitel V
KRÄMPFE DER ERDE IM SCHOSSE DER SONNE
Wir sind tief davon überzeugt, dass die Sonne außerordentlich weit von uns entfernt ist. Einhundertneunundvierzig und eine halbe Million Kilometer trennen uns von der Sonne, und alle irdischen Maße und Entfernungen erscheinen uns im Vergleich zu dieser wahrhaft gigantischen Distanz so unbedeutend. Dieser Blickwinkel ist jedoch grundfalsch. Sein Fehler liegt darin, dass wir einen entscheidenden Faktor nicht berücksichtigen – die Größe des Gestirns selbst und die damit verbundene Masse des Körpers sowie die Größe der strahlenden Oberfläche, d. h. die Schwerkraft der Sonne und die Kraft ihrer Strahlung.
Wäre die Sonne so groß wie die Erde, dann wäre die Entfernung, die uns von diesem winzigen „Sönnchen“ trennt, zwar dieselbe wie heute, aber sie wäre gleichzeitig viel größer!
Dieses Paradoxon wird jedoch verständlich, wenn man sich vor Augen führt, dass die Entfernung in diesem Fall eine Funktion des Einflusses ist und sich zu diesem in einem umgekehrten Verhältnis befindet. Um sich also die Entfernung, die uns von der Sonne trennt, anschaulich vorzustellen, muss man sie nicht in absoluten Längenmaßen messen, sondern in relativen Maßen, und zwar im Maßstab der Sonne selbst. Ein solches Maß kann der Durchmesser des Gestirns sein. Teilen wir die Anzahl der Kilometer, die Sonne und Erde trennen, durch die Anzahl der Kilometer im Durchmesser des Gestirns, so erhalten wir die Zahl 107. Die Erde ist somit nur 107 Sonnenradien von der Sonne entfernt.
Kein Wunder, dass A. Eddington, wenn er von der Sonne spricht, bemerkt: „Sie ist uns zur Hand.“
Angesichts des Sonnendurchmessers von 1.390.891 km sowie der gewaltigen Kraft der physikalisch-chemischen Prozesse, die auf der Sonne ablaufen, muss man anerkennen, dass die Erdkugel somit im Feld einer enormen Intensität ihres Einflusses steht.
Unsere Sonne ist das Zentrum eines außerordentlich harmonischen und wohlgeordneten Planetensystems. Die Sonne ist der „Leuchter der Welt“, der nach dem Ausdruck des großen Kopernikus in der Mitte thront. Als die Pythagoreer ihre Theorie von der „Harmonie der Sphären“ aufstellten, die auf primitiven Vorstellungen von der Bewegung der Planeten beruhte, konnten sie sich nicht einmal vorstellen, wie gesetzmäßig in Wirklichkeit die Bewegungen der Planeten sind und wie empfindlich und zugleich fest die Verbindung der Planeten in allen Äußerungen ihres physischen Lebens ist.
Ähnlich wie Physiologen im lebenden Organismus einen Zusammenhang zwischen seinen einzelnen Organen finden, einen consensus partium, der in der Regulierung und Koordinierung der verschiedenen Teile durch das Nerven- und Kreislaufsystem besteht, entdecken Astronomen, die die Erscheinungen im Sonnensystem erforschen, in ihm Phänomene, die den Funktionen eines lebenden Organismus ähneln. Es bedurfte vieler Jahrzehnte glänzender wissenschaftlicher Entwicklung, um uns der Erkenntnis der wunderbaren physikalisch-chemischen Prozesse, die im Wirkungsbereich der Sonne und der von ihr geführten Gestirne ablaufen, nur annähernd zu nähern.
Alle diese physikalischen und chemischen Prozesse sind zumeist durch den tatsächlichen Zustand der Sonne bedingt und sind ihre Ableitungen. Die Analogie zwischen den physiologischen Mechanismen eines lebenden Wesens und den physikalisch-chemischen Mechanismen des Sonnensystems wird uns noch überzeugender erscheinen, wenn wir uns an die Zusammenhänge erinnern, die in beiden Fällen bestehen. Lässt sich nicht sagen, dass das große interplanetare consensus partium durch elektromagnetische Kräfte vermittelt wird, durch diese „Nerven“, in denen regulierende Ströme der Sonne fließen, und durch korpuskulare Strahlungen – das „Blutsystem“, das den Planeten auch einen Teil der Nahrung für ihre Lebensprozesse bringt? Kein Wunder, dass schon Theon von Smyrna, als er die Sonne als „Herz der Welt“ bezeichnete, gleichsam zukünftige wissenschaftliche Entdeckungen vorwegnahm.
Uns nicht bekannte, aber durch die Erfahrung gegebene Schwerkräfte breiten sich von der Sonne in alle Richtungen aus und gehorchen einem einfachen und klaren Gesetz: Die Anziehung ist direkt proportional den Massen der wirkenden Körper und umgekehrt proportional dem Quadrat ihrer gegenseitigen Entfernung. Die Masse der Sonne ist 750-mal größer als die Masse aller Planeten unseres Systems zusammengenommen. Und der große Neptun, der auf einer peripheren Umlaufbahn des Systems kreist und 30-mal weiter von der Sonne entfernt ist als die Erde, wird von der Sonne, die jeden seiner Versuche, tangential in die dunklen Abgründe des Universums zu entweichen, mühelos bändigt, wie eine Feder gehalten.
Von der gewaltigen Strahlung der Sonne erhält unser Planet nur den milliardsten Teil der Energie, die sie aussendet. Doch diese Energiemenge reicht aus, um die Erde mit allen Erscheinungen der Lebendigkeit zu erfüllen.
Wir werden hier die von der Sonne ausgehende Energie nicht mit Zahlen belegen – wir wollen nur sagen, dass sie von einer solchen Größenordnung ist, dass sie
Abb. 12. Kurven der mittleren Jahrestemperaturen der Städte der UdSSR im Vergleich zum Zeitraum der Sonnenaktivität. Untere Kurve – 11-jähriger Zyklus der Sonnenaktivität. Kurven: 1 – Jahrestemperatur von Archangelsk (1826–1915). 2 – Jahrestemperatur von Petrograd (1826–1915). 3 – Jahrestemperatur von Moskau (1826–1919). 4 – Jahrestemperatur von Kasan (1828–1915). 5 – Jahrestemperatur von Astrachan (1837–1915). 6 – Jahrestemperatur von Soloto-Ust (1837–1915). 7 – Jahrestemperatur von Kiew (1826–1915). 8 – Jahrestemperatur von Nikolajew (1826–1915). Einer der Maxima der Jahrestemperatur tritt ein Jahr vor dem Maximum der Sonnenflecken auf. Im 3. und 4. Jahr nach dem Maximum der Sonnenflecken fällt ein sekundäres Maximum der Temperatur, und ein drittes Maximum der Temperatur fällt mit den Jahren des Minimums der Sonnenflecken zusammen (nach A. P. Moissejew).
