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Sterne funkeln, Planeten nicht
Neben der Helligkeit ist die Regel "Sterne funkeln, Planeten nicht" ein einfaches Kriterium dafür, ob es sich bei einem leuchtenden Objekt am Himmel wirklich um einen Stern handelt oder nicht.
Wenn das Licht der Sterne die Erdatmosphäre durchquert, wandert es unweigerlich durch Bereiche unterschiedlicher Dichten. An jeder Grenzfläche solch einer Blase wird der Lichtstrahl etwas gebrochen. Da der Brechnungsindex von der Wellenlänge des Lichtes abhängt, werden bestimmte Farben aus dem Sternlicht aus unsere Blickrichtung weggebrochen. Der Stern ändert somit ständig seine Farbe - er funkelt. Besonders dramatisch ist das, wenn der Stern hell ist und tief steht. Letzteres bewirkt, dass das Licht eine weite Strecke durch die Atmosphäre durchlaufen muss, bis es in unser Auge gelangt und sich dadurch viele Brechnungseffekte ergeben können. Daher funkelt der Stern Sirius so wunderbar. Er steht in unseren Breiten immer tief und ist zugleich der hellste Stern überhaupt.
Sterne erscheinen praktisch punktförmig, da sie sehr weit entfernt sind. Anders ist das bei Planeten. Ihre Winkelausdehnung ist deutlich größer. Die mit bloßem Auge sichtbaren Planeten zeigen schon im kleinen Teleskop deutliche Planetenscheibchen. Die planetare Winkelausdehnung überschreitet die Winkelausdehnung der Blasen unterschiedlicher Dichte in unserer Atmosphäre. Daher gleicht sich der Brechungseffekt aus. Wenn also zum Beispiel das Licht vom linken Teil des Planetenscheibchens aus unserer Sehrichtung gebrochen wird, erreicht uns das Licht vom rechten Planetenrand noch ungehindert - der Planet funkelt daher nicht.
Sehr schön visualisiert hat das die ungarische Fotografin Monika Landy-Gyebnar. Sie fotografiert Sterne und Planeten über mehrer Sekunden Belichtungszeit und tritt einfach mal kräftig gegen das Stativ. Auf diese Art entsteht eine Spur:
Der Stern Antares im Sternbild Skorpion gelegen, erzeugte die obige Spur, die in allen Regenbogenfarben leuchtet. Der Planet Mars hingegen bleibt einfarbig und zeigt seine Ockerfarbe (richtig kriegerisch rot sieht er eigentlich nur bei Auf- oder Untergang aus).
Dass die Fotografin ausgerechnet Antares gewählt hat, ist sicherlich kein Zufall. Der Kriegsgott Mars ist die römische Variante des griechischen Gottes Ares. Der Name des Sterns Antares nimmt wohl Bezug auf die Verwechslungsgefahr der beiden, denn auch der helle Antares steht in der Nähe der Ekliptik und ist rötlich. Wer sich also nicht sicher ist, ob er Antares oder Mars sieht, achte auf das funkeln oder trete im Zweifelsfall einfach mal gegen das Stativ.
Quelle: spaceweather.com
Wenn das Licht der Sterne die Erdatmosphäre durchquert, wandert es unweigerlich durch Bereiche unterschiedlicher Dichten. An jeder Grenzfläche solch einer Blase wird der Lichtstrahl etwas gebrochen. Da der Brechnungsindex von der Wellenlänge des Lichtes abhängt, werden bestimmte Farben aus dem Sternlicht aus unsere Blickrichtung weggebrochen. Der Stern ändert somit ständig seine Farbe - er funkelt. Besonders dramatisch ist das, wenn der Stern hell ist und tief steht. Letzteres bewirkt, dass das Licht eine weite Strecke durch die Atmosphäre durchlaufen muss, bis es in unser Auge gelangt und sich dadurch viele Brechnungseffekte ergeben können. Daher funkelt der Stern Sirius so wunderbar. Er steht in unseren Breiten immer tief und ist zugleich der hellste Stern überhaupt.
Sterne erscheinen praktisch punktförmig, da sie sehr weit entfernt sind. Anders ist das bei Planeten. Ihre Winkelausdehnung ist deutlich größer. Die mit bloßem Auge sichtbaren Planeten zeigen schon im kleinen Teleskop deutliche Planetenscheibchen. Die planetare Winkelausdehnung überschreitet die Winkelausdehnung der Blasen unterschiedlicher Dichte in unserer Atmosphäre. Daher gleicht sich der Brechungseffekt aus. Wenn also zum Beispiel das Licht vom linken Teil des Planetenscheibchens aus unserer Sehrichtung gebrochen wird, erreicht uns das Licht vom rechten Planetenrand noch ungehindert - der Planet funkelt daher nicht.
Sehr schön visualisiert hat das die ungarische Fotografin Monika Landy-Gyebnar. Sie fotografiert Sterne und Planeten über mehrer Sekunden Belichtungszeit und tritt einfach mal kräftig gegen das Stativ. Auf diese Art entsteht eine Spur:
Der Stern Antares im Sternbild Skorpion gelegen, erzeugte die obige Spur, die in allen Regenbogenfarben leuchtet. Der Planet Mars hingegen bleibt einfarbig und zeigt seine Ockerfarbe (richtig kriegerisch rot sieht er eigentlich nur bei Auf- oder Untergang aus).
Dass die Fotografin ausgerechnet Antares gewählt hat, ist sicherlich kein Zufall. Der Kriegsgott Mars ist die römische Variante des griechischen Gottes Ares. Der Name des Sterns Antares nimmt wohl Bezug auf die Verwechslungsgefahr der beiden, denn auch der helle Antares steht in der Nähe der Ekliptik und ist rötlich. Wer sich also nicht sicher ist, ob er Antares oder Mars sieht, achte auf das funkeln oder trete im Zweifelsfall einfach mal gegen das Stativ.
Quelle: spaceweather.com
Eine hübsche kurzlebige Nebensonne
Anbei ein aktueller Schnappschuss einer Nebensonne, die sich in einer Eiswolke bildete. Die Morgensonne steht noch recht tief. Die Wolke besteht aus dünnen flachen Eisblättchen, die horizontal schweben. Wenn die Sonnenstrahlen seitlich durch die Eisblättchen dringen, werden sie jeweils beim Ein- und Austritt gebrochen, und zwar um 22 Winkelgrade. Um diese 22° stehen also Sonne und Nebensonne auseinander.
Wie auf dem zweiten Bild sieht, sind beide auf gleicher Höhe. Mit dem Höhersteigen der Sonne löst sich die Nebensonne auf.
Wie auf dem zweiten Bild sieht, sind beide auf gleicher Höhe. Mit dem Höhersteigen der Sonne löst sich die Nebensonne auf.
Der Mond und seine Korona
Der Vollmond ist eigentlich ein Ärgernis: Er hellt die Nacht so sehr auf, dass kaum noch andere Himmelsobjekte sichtbar sind und auch der Vollmond selbst ist ziemlich langweilig, denn die Sonne brezelt grell und steil auf seine Oberfläche, so dass sich keine Struktur durch einen kontrastreichen Schatten verrät. Umgekehrt fasziniert gerade der helle Vollmond diejenigen Menschen, die sonst kaum den Kopf in den Nacken legen und dann werden gerne alle möglichen Ereignisse der Nacht mit dem Vollmond in Zusammenhang gebracht und der Mythos Vollmond gedeiht.
Es gibt aber durchaus schöne Effekte, für die der Vollmond zu gebrauchen ist. Sei es die Mondillusion, also der riesenhafte Eindruck, den der horizontnahe Vollmond macht oder auch die lunare Korona. Letztere ist auf dem Bild unten zu sehen, dass ich heute früh gemacht habe:
Der Mond auf dem Bild ist schon nicht mehr ganz rund, da Vollmond ja bereits am Montag war. Man beachte auch die hübsche Schwarzwald-Tanne. Worum es aber eigentlich gehen soll, ist die helle weiße Scheibe, die Aureole genannt wird, und der farbige Rand, die Korona. Auch dieses Bild zeigt das Phänomen:
Was beide Bilder gemeinsam haben ist der feine Nebel vor dem Mond und auf den kommt es an. Das Mondlicht wird nämlich an den Wassertröpfchen des Nebels gebeugt. Was bedeutet das? Interpretiert man Licht als Welle, so hat auch das Licht die Fähigkeit "um die Ecke" zu gehen, ganz so, wie wir es vom Schall oder Wasserwellen gewohnt sind. Man stelle sich beispielsweise eine enge Hafeneinfahrt vor, auf welche die Meereswellen parallel zulaufen. Dann ist es ja nicht so, dass die Meereswellen nur an der schmalen Stelle an den Hafenkai schwappen, die in gerader Linie durch die enge Hafeneinfahrt freie Sicht auf das offene Meer hat. Vielmehr ist es doch so, dass auch links und rechts der engen Hafeneinfahrt das Wasser nicht glatt ist. Die vom offenen Meer kommende Welle, wird also um die Hafeneinfahrt herumgebogen, gebeugt - entsprechend heißt das Phänomen Beugung oder Diffraktion. Dies passiert aber nicht nur bei einer Öffnung, sondern auch bei einem Hindernis.
Im Wellenmodell erklärt man dies so, dass sich von den Kanten eines Hindernisses oder den Kanten einer Öffnung Elementarwellen kugelförmig in den Raum hinter der Öffnung ausbreiten und diese Elementarwellen sich dann überlagen und dabei teilweise auslöschen oder verstärken (man spricht von Interferenz). Auf diese Art und Weise entsteht ein typisches Beugungsbild. Wem das jetzt zu kompliziert ist, der möge sich einfach noch mal einen Schirm (=Hafenmauer) vorstellen, in dem ein kleines Loch (Hafeneinfahrt) reingepiekst wurde. Bestrahlt man den Schirm mit der Öffnung, ist am dahinter liegenden zweiten Schirm ein typisches Ringmuster zu sehen - ein Beugungsbild:
Wie gesagt, statt einer runden Öffnung könnte man auch ein Kügelchen nehmen. Genau so verhalten sich die Wassertröpfchen im Nebel vor dem Mond, deren einzelnen Beugungsbilder sich zu einem großen Bild addieren, die Aureole mit der Korona.
Interessant ist hierbei noch, dass der Winkeldurchmesser der Aureole und der Winkelabstand der Korona von der Wellenlänge L und dem Tröpfchendurchmesser d abhängt und zwar gemäß L/d. Das heißt, um eine große Aureole zu bilden, brauchen wir kleine Tröpfchen. Hier finden wir den ersten Unterschied zu den atmosphärischen Phänomenen Regenbogen und Halo. Diese beiden Effekte entstehen nicht durch Beugung, sondern durch Brechung. Hierbei wird das Licht nicht um die Teilchen "herumgebogen", sondern dringt in die Teilchen ein. Entsprechend braucht es für einen Regenbogen große Wassertropfen und für das Phänomen Halo und Nebensonnen große Eiskristalle - beides in der Größenordnung Millimeter. Um eine Aureole zu bilden, müssen die Nebeltröpfchen aber nur mind. 1/15 mm groß sein, damit die Aureole größer ist, als die Mondscheibe von 0,5 Winkelgraden - eine Aureole, die kleiner als der Monddurchmesser ist, ist natürlich nicht sichtbar.
Wie kommt es aber zur farbigen Korona? Wie gesagt ist der Winkeldurchmesser der Aureole abhängig vom Verhältnis L/d, mit L als Wellenlänge. Das heißt, langwelliges Licht wird stärker gebeugt, so dass der rote Farbanteil des weißen Mondlichts außen liegt. Auch daran kann man eine Aureole mit Korona vom Phänomen Halo (der Brechung an Eiskristallen) oder einem Regenbogen unterscheiden. Bei diesen Phänomenen liegt der rote Farbanteil innen und nicht außen.
Das Beugungsphänomen Aureole und Korona ist vielfältiger und mit dem bloßen Auge auch beeindruckender, als auf den beiden Fotos oben. Gerade wenn also etwas Hochnebel aufzieht, lohnt sich ein Blick zum Vollmond.
Es gibt aber durchaus schöne Effekte, für die der Vollmond zu gebrauchen ist. Sei es die Mondillusion, also der riesenhafte Eindruck, den der horizontnahe Vollmond macht oder auch die lunare Korona. Letztere ist auf dem Bild unten zu sehen, dass ich heute früh gemacht habe:
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| Quelle: Wikipedia |
Im Wellenmodell erklärt man dies so, dass sich von den Kanten eines Hindernisses oder den Kanten einer Öffnung Elementarwellen kugelförmig in den Raum hinter der Öffnung ausbreiten und diese Elementarwellen sich dann überlagen und dabei teilweise auslöschen oder verstärken (man spricht von Interferenz). Auf diese Art und Weise entsteht ein typisches Beugungsbild. Wem das jetzt zu kompliziert ist, der möge sich einfach noch mal einen Schirm (=Hafenmauer) vorstellen, in dem ein kleines Loch (Hafeneinfahrt) reingepiekst wurde. Bestrahlt man den Schirm mit der Öffnung, ist am dahinter liegenden zweiten Schirm ein typisches Ringmuster zu sehen - ein Beugungsbild:
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| Quelle: Wikipedia |
Interessant ist hierbei noch, dass der Winkeldurchmesser der Aureole und der Winkelabstand der Korona von der Wellenlänge L und dem Tröpfchendurchmesser d abhängt und zwar gemäß L/d. Das heißt, um eine große Aureole zu bilden, brauchen wir kleine Tröpfchen. Hier finden wir den ersten Unterschied zu den atmosphärischen Phänomenen Regenbogen und Halo. Diese beiden Effekte entstehen nicht durch Beugung, sondern durch Brechung. Hierbei wird das Licht nicht um die Teilchen "herumgebogen", sondern dringt in die Teilchen ein. Entsprechend braucht es für einen Regenbogen große Wassertropfen und für das Phänomen Halo und Nebensonnen große Eiskristalle - beides in der Größenordnung Millimeter. Um eine Aureole zu bilden, müssen die Nebeltröpfchen aber nur mind. 1/15 mm groß sein, damit die Aureole größer ist, als die Mondscheibe von 0,5 Winkelgraden - eine Aureole, die kleiner als der Monddurchmesser ist, ist natürlich nicht sichtbar.
Wie kommt es aber zur farbigen Korona? Wie gesagt ist der Winkeldurchmesser der Aureole abhängig vom Verhältnis L/d, mit L als Wellenlänge. Das heißt, langwelliges Licht wird stärker gebeugt, so dass der rote Farbanteil des weißen Mondlichts außen liegt. Auch daran kann man eine Aureole mit Korona vom Phänomen Halo (der Brechung an Eiskristallen) oder einem Regenbogen unterscheiden. Bei diesen Phänomenen liegt der rote Farbanteil innen und nicht außen.
Das Beugungsphänomen Aureole und Korona ist vielfältiger und mit dem bloßen Auge auch beeindruckender, als auf den beiden Fotos oben. Gerade wenn also etwas Hochnebel aufzieht, lohnt sich ein Blick zum Vollmond.
Leuchtende Nachtwolken über Greifswald
Meine liebe Astrokollegin, die Physikerin Birgit Schabinger von der Uni Greifswald, hat mir hier einen hübschen Schnappschuss zukommen lassen: Leuchtende Nachtwolken, aufgenommen kurz vor Mitternacht. Die Blickrichtung ist Norden. Der helle Stern ist vermutlich Capella im Sternbild Fuhrmann. Bei Leuchtenden Nachtwolken handelt es sich um Eiskristalle, die sich viel höher als die normalen Wolken der Troposphäre bilden. Während die Sonne zur Zeit um die Sommersonnenwende nur knapp unter dem nördlichen Horizont von West nach Ost wandert, strahlt sie diese hohen Eiswolken an, die wir dann gegen den dunklen Himmelshintergrund leuchten sehen. Zum Zeitpunkt der Aufnahme, stand die Sonne nur circa 10° unter dem nördlichen Horizont in Greifswald.
Eine andere Astrokollegin hat vor längerer Zeit einen ausführlichen Blogpost zum Thema geschrieben: Leuchtende Nachtwolken über ganz Deutschland. Ganz unten im Kommentarbereich hat Carolin eine hübsche Grafik eingebunden, die die geometrischen Verhältnisse verdeutlicht.
Wer also in höheren Breitengraden wohnt und einen freien Blick Richtung Norden hat, sollte jetzt in den Sommermonaten mal Ausschau nach diesem hübschen Phänomen halten.
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