ZONSVERDUISTERING TURKIJE OP 29 MAART 2006

Transcriptie

1 ZONSVERDUISTERING TURKIJE OP 29 MAART 2006 METING VERSUS BELEVING Janneke van der Weerd BSc., TU/e, unit BPS, Eindhoven Remy Wenmaekers MSc., Level Acoustics BV, Eindhoven Prof. dr. ir. M.H. de Wit, TU/e, unit BPS, Eindhoven Waarom is een zonsverduistering interessant voor een bouwfysicus? De maan schuift tussen de zon en de aarde. Het licht dooft langzaam uit. Maar dat is niet het enige. Het wordt kouder, het leven op aarde staat even stil, de natuur maakt zich klaar voor de nacht en de kleur van het landschap verandert. Dit alles gewoon op een klaarlichte dag. Het zijn verschijnselen die velen beleven tijdens het kijken naar een zonsverduistering. Een bouwfysicus drukt deze beleving graag uit in fysische grootheden. De zonsverduistering in Turkije konden de bouwfysica studenten tijdens de meetexpeditie dan ook niet zomaar aan zich voorbij laten gaan. Het doel van dit onderzoek is een verband te leggen tussen zintuiglijke belevingen, waarover al veel geschreven is, en objectieve waarnemingen. Daarnaast wordt er een verklaring gezocht voor optredende verschijnselen. Hiervoor zijn een groot aantal metingen verricht. INLEIDING De zonsverduistering in Turkije zette in op 29 maart 2006 omstreeks 13:00 uur lokale tijd. De totaliteit, het moment dat de maan de zon volledig bedekt, vond plaats om 14:03 14 uur en duurde slechts drie en een halve minuut. Vervolgens eindigde de verduistering omstreeks 15:10 uur. [1] Om een verband te kunnen leggen tussen zintuiglijke belevingen en objectieve waarnemingen, zijn tijdens het verloop van de verduistering belevingen en waarnemingen geregistreerd. Het onderzoek richtte zich op de aspecten licht, kleur, geluid, warmte en vocht. De onderzoeksmethoden en resultaten zullen per aspect behandeld worden. LICHT Tijdens een zonsverduistering neemt de verlichtingssterkte geleidelijk af. Het oog van de mens kan zich in een bepaalde mate aanpassen aan deze afname van het licht, waardoor de verduistering naar verwachting niet direct opgemerkt wordt. Om dit verschijnsel te onderzoeken is de verlichtingssterkte gemeten tijdens het verloop van de verduistering. De weersomstandigheden op de dag van de verduistering waren bijzonder gunstig: een onbewolkte en helderblauwe hemel. Daardoor was de verlichtingssterkte met weinig verstoringen meetbaar. Daarnaast is de verlichtingssterkte gemeten op een referentiedag met vergelijkbare weersomstandigheden. Door beide metingen te vergelijken, is het mogelijk om een voorspelling te doen van het verloop van de verlichtingssterkte tijdens de verduistering. BOUWFYSICA, VOL. 20, 2007, NO. 1

2 In figuur 1 is te zien dat de daling van de verlichtingssterkte op de dag van de verduistering direct inzet bij het eerste contact omstreeks 13:00 uur. Dit is het moment waarop de zon voor het eerst geraakt wordt door de maan. Het heeft echter ruim een half uur geduurd voordat het oog deze daling van de verlichtingssterkte opmerkte. Na het moment van de totaliteit, toen het zonlicht geleidelijk terugkwam, was er voor het gevoel direct weer gewoon daglicht, terwijl de verlichtingssterkte op dat moment nog erg laag was. De adaptatie van het oog, de interpretatie van licht door de hersenen, zorgt er dus voor dat men een zonsverduistering anders ervaart dan het verloop van de verlichtingssterkte doet vermoeden. Figuur 1: Verlichtingssterkte E [lux] gemeten en berekend tijdens de verduistering en gemeten op een referentiedag Voor de voorspelling van de verlichtingssterkte is een model opgezet. De zon is een bolvormige lichtbron, maar gezien vanaf de aarde kan deze opgevat worden als een schijf. De zon kan dan beschreven worden als een lichtbron, waarvan de uitgezonden lichtsterkte rechtevenredig is met de afname van het schijnbare oppervlak van de schijf. Foto 1: Meting van de luminantie van de hemel Het verloop van het schijnbare oppervlak van de zonneschijf tijdens de verduistering is berekend [2]. Hierbij is gebruikt gemaakt van de schijnbare oppervlakteverhouding van maan : zon van 1,048 [1]. Door het oppervlakteverloop van de zonneschijf te vermenigvuldigen met de verlichtingssterkte op de referentiedag is een voorspelling gedaan van de verlichtingssterkte tijdens de verduistering. Zoals te zien is in figuur 1 komen de meting en de voorspelling overeen. Het opgestelde model lijkt dus een goede voorspelling te geven van het verloop van de verlichtingssterkte tijdens het verloop van een zonsverduistering bij onbewolkte hemel. KLEUR De kleur van wit (dag)licht kan beschreven worden aan de hand van de kleurtemperatuur (K) in Kelvin. De kleurtemperatuur van zonlicht op een dag met heldere hemel ligt tussen de 5300 en 5800 K. Wanneer de zon s avonds onder gaat, wordt het licht roder en daalt de kleurtemperatuur naar 2000 K. Over de verandering van de kleurtemperatuur van het daglicht tijdens een zonsverduistering is echter nog weinig bekend. In de literatuur [3] wordt genoemd dat de kleur van het landschap tijdens een zonsverduistering verandert. De werking van het oog bij verandering van de kleur van het licht heeft overeenkomsten met de adaptatie voor de lichtsterkte. Door interpretatie van de hersenen past het oog van de mens zich aan de omstandigheden aan, waardoor de kleur van objecten gelijk lijkt te blijven terwijl de kleur van het invallende licht verandert. Om te onderzoeken of de kleurverandering van het landschap tijdens het verloop van de verduistering veroorzaakt wordt door een veranderende kleur van het invallende licht, is de kleurtemperatuur van het daglicht gemeten tijdens het verloop van de verduistering. In figuur 2 is de kleurtemperatuur tijdens het verloop van de verduistering uitgezet. Gemeten is een combinatie van zonlicht en hemellicht, waarbij is aangenomen dat het zonlicht overheerst door haar hoge luminantie. De grafiek laat zien dat de kleurtemperatuur van het zonlicht op de dag van de zonsverduistering gemiddeld 5400 K is. Wanneer de zon meer dan 75% verduisterd is, begint de kleurtemperatuur te dalen. Vlak voor de totaliteit is die naar 4600 K gedaald. Tijdens de totaliteit was het helaas niet mogelijk een meting uit te voeren, omdat er onvoldoende licht was. Het minimum van de kleurtemperatuur is dus niet bekend. Er is geen verklaring gevonden voor het hier opgetreden verschijnsel. Met het oog werd de kleur van het landschap blauwgrijs van tint waargenomen bij het toenemen van de verduistering. Dit is in tegenspraak met de kleur van het invallende licht op het landschap. De kleurtemperatuur verandert namelijk nauwelijks, of lijkt zelfs te dalen, wat zou betekenen dat de kleur van het invallende licht enigszins roder wordt. Waarschijnlijk adapteert het oog tijdens een zonsverduistering zoals bij zonsondergang. De kleur van het licht tijdens de zonsverduistering dient echter niet verward te worden met het (rode) licht bij ondergaande zon. De kleur van het BOUWFYSICA, VOL. 20, 2007, NO. 1 15

3 Figuur 2: Kleurtemperatuur K [K] gemeten tijdens het verloop van de zonsverduistering licht is namelijk afhankelijk van de mate van Rayleigh verstrooiing. Wanneer de zon hoog aan de hemel staat, kleurt de hemel blauw door de grotere verstrooiing van het licht met een korte golflengte. Wanneer de zon laag staat en de zonnestralen een langere weg afleggen door de atmosfeer, wordt zoveel blauw licht verstrooid dat het licht roder wordt. Tijdens de zonsverduistering is er echter nauwelijks een verandering in de af te leggen weg door de atmosfeer. Dit verschijnsel geeft dus geen verklaring voor de kleur van het licht tijdens een zonsverduistering. Bij een zonsverduistering verkleurt het invallende licht nauwelijks. Het oog compenseert echter wel het rood als bij zonsondergang, omdat de hersenen denken dat de zon ondergaat, door het verdwijnen van de zon. Hierdoor krijgt het landschap een blauwgrijze tint. Door de kleuradaptatie krijgt de omgeving tijdens het verloop van een verduistering dus een koelere indruk. Dit verschijnsel draagt bij aan de bijzondere beleving van een zonsverduistering. GELUID Het achtergrondgeluidniveau op een willekeurige plek op aarde is afhankelijk van haar omgeving. Geluiden worden veroorzaakt door de natuur, zoals geluid van dieren en het waaien van de wind, en door de mens, zoals verkeer- en industriegeluid. Wanneer een zonsverduistering optreedt, is bekend dat de natuur hierop reageert. Vogels stoppen met fluiten en nachtdieren worden juist actief. In de literatuur [5] wordt opgemerkt dat het tijdens een verduistering daardoor stiller wordt. Daarnaast zou het verkeerslawaai kunnen afnemen wanneer bestuurders hun voertuig stil zetten om het natuurverschijnsel te bekijken. Om te registeren in hoeverre omgevingsgeluiden veranderen, is het A-gewogen achtergrondgeluidniveau gemeten tijdens het verloop van de verduistering in een dierrijke en een mensrijke omgeving. Tevens is in beide omgevingen naar geluiden geluisterd en zijn aanwezige geluidbronnen genoteerd. Figuur 3: Achtergrondgeluidniveau L Aeq [db(a)] gemeten tijdens het verloop van de zonsverduistering Naarmate de totaliteit dichterbij kwam, maakte de natuur zich klaar voor de nacht. Er werd waargenomen dat bijen stopten met zoemen, vogels stopten met fluiten en vliegjes verdwenen. De mensen daarentegen verzamelden zich met groepen bij elkaar op hooggelegen plaatsen en slaakten kreten van verrukking. Het gevolg is dat de meetresultaten (zie figuur 3) van het achtergrondgeluidniveau L Aeq [db(a)] in een dierrijke vallei, met een gemiddelde van 25 db(a), een duidelijke daling van 5 db(a) tijdens de totaliteit laten zien. Boven op een heuvel, waar een achtergrond-geluidniveau heerste van gemiddeld 35 db(a), zorgde het gejuich van mensen in de verte tijdens de totaliteit voor een stijging van het achtergrondgeluidniveau van 50 db(a). Zoals verwacht treedt er in een dierrijke omgeving dus inderdaad een daling op van het achtergrondgeluidniveau tijdens een zonsverduistering. In een mensrijke omgeving gebeurt juist het tegenovergestelde. Het verkeerslawaai wordt overstemd door het gejuich van bewonderaars van de verduistering. WARMTE & VOCHT De zon is de belangrijkste warmtebron voor de aarde. Bekend is dat, hoewel de verduistering slechts twee uur duurt, het wegvallen van deze warmtebron leidt tot een daling van de temperatuur [4]. Ook is bekend dat de temperatuur vlakbij het aardoppervlak sterker daalt dan enkele meters erboven [2]. De mate van de temperatuurs-afname is onder andere afhankelijk van het klimaat, de weersomstandigheden, het tijdstip en de soort locatie. Doordat deze omstandigheden bij elke zonsverduistering verschillen, is het interessant om het verloop van de temperatuur bij de zonsverduistering in Turkije op 29 maart 2006 te onderzoeken. Hierbij is er een vergelijking gemaakt tussen het temperatuursverloop tijdens de verduistering op 20 cm, 220 cm en 420 cm boven het aardoppervlak op een locatie in het open veld. Daarnaast is er een vergelijking gemaakt tussen het ver- 16 BOUWFYSICA, VOL. 20, 2007, NO. 1

4 loop van de temperatuur in het open veld, in een lager gelegen beschutte vallei en in een stad. De locaties zijn enkele kilometers van elkaar verwijderd. De aanname is dat de temperatuur van het aardoppervlak sterker daalt dan de temperatuur van de lucht erboven, waardoor condensatie kan optreden. Door het meten van de relatieve vochtigheid is onderzocht of de absolute vochtigheid van de lucht hierdoor daalt. Ook hier is een vergelijking gemaakt tussen verschillende hoogten op één locatie en tussen verschillende locaties. In de tijd na het eerste contact werd het voelbaar kouder. Metingen laten zien dat gedurende de verduistering de lucht- Figuur 5: Absolute vochtigheid x [g/kg] gemeten tijdens het verloop van de zonsverduistering op verschillende hoogten temperatuur, op twee meter boven de grond, maximaal daalt met 4 C (zie figuur 4). Voor het gevoel werd het echter veel kouder. Dit komt doordat ook de zonnestraling bijdraagt aan de thermische behaaglijkheid. De afname van de gevoelstemperatuur hangt namelijk samen met zowel de afname van luchttemperatuur als de afname van de stralingstemperatuur. De luchttemperatuur vlakbij de aarde, op een hoogte van 20 cm, laat de sterkste daling zien: 8 C. Foto 2: Projectie van de zon met een verrekijker Figuur 4: Temperatuur T [ C] gemeten tijdens het verloop van de zonsverduistering op verschillende hoogten BOUWFYSICA, VOL. 20, 2007, NO. 1 De zonsverduistering heeft niet alleen invloed op de temperatuur maar ook op de relatieve vochtigheid van de lucht. De relatieve vochtigheid steeg gemiddeld met 10%, wat logisch is gezien het dalen van de temperatuur. In figuur 5 is te zien dat ook de absolute vochtigheid vlakbij de grond daalt. Indien aangenomen wordt dat de metingen correct zijn, is een mogelijke oorzaak voor het afnemen van de absolute vochtigheid vlak boven de aarde dat er condensatie optreedt aan het koude oppervlak van de aarde. Er is echter geen condensatie waargenomen op het aardoppervlak tijdens de zonsverduistering. Vermoedelijk zal er vochttransport optreden van de meest afgekoelde lucht, vlakbij het aardoppervlak, naar de warmere lucht daarboven. Daarnaast is het ook denkbaar dat het hygroscopische gedrag van steen en aarde een rol speelt en sterker wordt wanneer de relatieve vochtigheid van de lucht toeneemt. In figuur 6 is te zien dat de temperatuur tussen verschillende meetlocaties vlak boven de aarde verschilt. De temperatuur in de beschutte vallei is lager dan de temperatuur in het open veld en in de stad. Dit komt doordat koude lucht de kloof, waarin de vallei ligt, in zakt. Ook in de vallei zorgt de zonsverduistering voor een verlaging van de temperatuur. Er treedt echter een vertraging op in het temperatuursverloop ten opzichte van de andere locaties. Voor dit opmerkelijke verschijnsel is geen verklaring gevonden in de meetapparatuur, waarvan de tijdsinstelling gelijkgesteld was. De vertraging zou veroorzaakt kunnen worden door de grotere warmtecapaciteit van de vallei. Mogelijk speelt ook de luchtstroom in de vallei een rol. 17

5 REFERENTIES [1] Espenak, F. en Anderson, J. (2004), Total Solar Eclipse of 2006 March 29, NASA Report TP [2] Szalowski, K. (2002), The effect of the solar eclipse on the air temperature near the ground, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 64 (2002) [3] Rutten, R. (1999), Wat zagen we niet op 11 augustus?, Zenit november 1999 [4] Kuiper, J., Otten, H. (1999), Zonsverduistering: de eclips van 11 augustus 1999, ANWB bv, Den Haag Figuur 6: Temperatuur T [ C] gemeten tijdens het verloop van de zonsverduistering op verschillende locaties Figuur 7: Absolute vochtigheid x [g/kg] gemeten tijdens het verloop van de zonsverduistering op verschillende locaties Het verloop van de absolute vochtigheid in de stad tijdens het verloop van de zonsverduistering komt overeen met het verloop van de absolute vochtigheid in het open veld (zie figuur 7). In de vallei is echter geen duidelijke daling te zien van de absolute vochtigheid. De zonsverduistering lijkt in deze situatie geen invloed te hebben op de absolute vochtigheid van de lucht vlak boven de aarde. CONCLUSIE In dit artikel is een verband gelegd tussen zintuiglijke belevingen en objectieve waarnemingen tijdens het verloop van een totale zonsverduistering. Interpretatie door de hersenen, van prikkelingen via de menselijke zintuigen, zorgen ervoor dat veranderingen van (bouw)fysische grootheden anders worden ervaren dan objectieve waarnemingen voorspellen. 18 BOUWFYSICA, VOL. 20, 2007, NO. 1