Der Himmel von der Mondoberfläche aus gesehen sieht wieder anders aus. Hier gibt es kein Blau, nur Schwarz. Der Mond besitzt keine Lufthülle. Man hat also hier einen direkten Blick ins Weltall, das Fenster steht sozusagen offen. Das führt dazu, dass der Himmel auch tagsüber pechschwarz ist. Die Sterne funkeln auf dem Mond nicht, sondern sind einfach ruhige helle Punkte auf schwarzem Grund.

Das Glitzern und Funkeln des Sternenlichtes entsteht erst, wenn es ebenso wie das Sonnenlicht eine Luftschicht durchqueren muss und dabei beeinflusst wird. Kehren wir nun wieder zurück zu unserem vertrauten Erdenhimmel und stellen ein paar Überlegungen zu seiner Farbgebung an!

Blau oder Schwarz? Oder wie ?

Vielleicht hast du dich schon einmal gefragt, „Warum ist der Himmel blau?“. Oder, wenn du einen wunderschönen Sonnenaufgang oder Sonnenuntergang gesehen hast, gefragt: „Warum ist der Himmel rot?“ Wie kommt es, dass der Himmel nachts schwarz ist, obwohl wir doch Tausende andere Sonnen sehen können!

Es ist so selbstverständlich, daß der Himmel tagsüber blau und nachts schwarz ist, dass man denken könnte, der Grund wäre auch ganz klar. Aber das ist es nicht!

Es brauchte Tausende Jahre Beobachtungen und Überlegungen, Vermutungen, Diskussionen und Analysen der schlausten Menschen, bis am Ende eine wissenschaftlich begründete Erklärung gefunden werden konnte.

Nun, ....bei allen Farben des Regenbogens...., warum blau?

Hätte der Himmel nicht einfach grün sein können? Oder gelb? Wenn wir einen Regenbogen sehen, erkennen wir die Farbe grün am Himmel, genauso wie blau, violett, orange, gelb, rot, und alle möglichen Mischfarben dazwischen.

Das weiße Licht, das von der Sonne kommt, besteht tatsächlich aus all diesen Farben des Regenbogens. Ein Regenbogen ist sozusagen ein Nebenprodukt des Regens.

Regentropfen werden zu winzigen Prismen, wenn sie von Sonnenlicht durchdrungen werden. Sie bündeln das Licht und spalten es in seine einzelnen Farben auf (siehe Abbildung rechts), die wir dann im Regenbogen sehen können.

Aber warum gibt es diese unterschiedlichen Farben?

Das Licht, das du sehen kannst, ist nur ein winziger Anteil des Lichtes, das sich im Universum ausbreitet und überall ist, auch um dich herum! Licht setzt sich aus verschiedenen Wellenlängen, die verschiedene Farben haben, zusammen. Gemeinsam ergeben sie die Farbe weiß.

Ähnlich wie auf einem Ozean reist die Lichtenergie in Wellen durch das Universum. Was die verschiedenen Arten des Lichtes unterscheidet, sind ihre unterschiedlichen Wellenlängen.

Sichtbares Licht enthält die Wellenlängen, die deine Augen wahrnehmen können. Die längste Wellenlänge, die wir sehen können, sieht für uns rot aus. Die kürzeste für uns sichtbare scheint blau oder violett zu sein.

Die Wellenlänge des roten Lichtes hat ca. 700 Nanometer, während blau oder violett ungefähr 400 Nanometer haben. Ein Nanometer ist der einmilliardste Teil eines Meters! Ein menschliches Haar ist ungefähr 50000 Nanometer dick! Also sind die Wellenlängen des sichtbaren Lichtes sehr sehr winzig..

Hindernisse für das Licht

Es gibt noch etwas Wichtiges über Licht zu sagen: es reist immer geradeaus, bis sich ihm etwas in den Weg stellt, und das kann sein:

• ein Spiegel, an dem es dann reflektiert (zurückgeworfen) wird
• ein Prisma, in dem es gebündelt oder aufgespalten wird
• Moleküle in Gasen (z.B. in der Atmosphäre), die es zerstreuen.

Wenn das weiße Licht der Sonne in die Atmosphäre der Erde eindringt, gelangen seine roten, gelben und grünen Anteile fast ungefiltert bis hinunter zu uns (miteinander gemischt ergeben sie nahezu weißes Licht). Große Teile des blauen und violetten Lichtes aber werden durch die Gasmoleküle der Atmosphäre geschluckt und wieder herausgelassen, dabei aber in alle möglichen Richtungen gestreut.

Und was passiert nun mit all den ‚nicht-blauen’ Wellenlängen? Sie sind immer noch miteinander gemischt, nicht durch die Gasmoleküle gestreut und erscheinen uns weiß. Das zerstreute blaue und violette Licht beherrscht den Himmel über uns und läßt ihn blau erscheinen.

Teile des violetten Lichtes werden dann noch in der unteren Atmosphäre absorbiert. Außerdem nehmen unsere Augen blau besser wahr als violett. Also sieht der Himmel für uns blau aus, wenn er von Sonnenlicht durchdrungen ist.

Richtung Horizont geht der Himmel in ein helleres Blau über bis fast hin zu weiß. Das Sonnenlicht, das uns vom Horizont aus erreicht, muss durch dickere Luftschichten durch als das Licht, das direkt von oben kommt. Die Gasmoleküle haben das blaue Licht nun so oft und in so viele Richtungen hin- und hergestreut, dass es uns nun doch erreicht.

Weshalb ist der Sonnenuntergang rot?

Während die Sonne am Himmel tiefer und tiefer sinkt, muß ihr Licht durch mehr und mehr Atmosphäre hindurch, um zu uns zu gelangen. Während die blauen und violetten Anteile ja gestreut werden, gelangt rotes und gelbes Licht nahezu ungehindert bis zu unseren Augen.

Aber größere Partikel von Staub, Luftverschmutzung und Wasserdampf in der Atmosphäre reflektieren und streuen große Anteile des roten und gelben Lichtes und lassen den Himmel im Westen für uns in den schönsten Farben leuchten, in rot, orange, gelb und all ihren Zwischenstufen.

Was bewirkt die Streuung des Lichtes ?

Wieviel Sonnenlicht trifft auf die Atmosphäre der Erde und wieviel davon wird zurück in den Weltraum reflektiert? Wieviel Licht wird durch Land und Wasser aufgesaugt, wieviel von Asphaltstrassen und sonnengebräunten Surfern? Wieviel Licht reflektieren Wasser und Wolken zurück in den Weltraum?

Jeder Stoff und jede Oberfläche hat ein ganz spezifisches Rückstrahlvermögen, auch Albedo genannt. Die Erde hat im Durchschnitt eine Albedo von 0,37. Das bedeutet, 37% des einfallenden Sonnenlichtes werden wieder zurück ins All geworfen. Dieses reflektierte Licht macht die Erde sichtbar. Würde die Erde kein Licht reflektieren, wäre sie unsichtbar. 63% der Sonnenenergie, die uns trifft, wird von der Erde und ihren Bewohnern aufgenommen.

Das Sonnenlicht hat also genug Energie, um trotz aller Reflexionen die Erde aufzuwärmen und hier Leben zu ermöglichen. Unser Klima hängt unter anderem also davon ab, wieviel Sonnenenergie von Wäldern aufgenommen wird und von Wüsten, von sand- und schneebedeckten Ebenen, von unterschiedlichen Wolkentypen, von den Luftschichten usw.

Ein Vergleich der Albedo der Erde mit anderen Planeten ist in dieser Grafik zu sehen.

Nun ist die Sonne untergegangen. Warum ist es so dunkel?

Man könnte jetzt denken: Natürlich ist es in der Nacht dunkel, denn dann ist dieser Teil der Erde von der Sonne abgewandt und liegt im Erdschatten, da sich unser Planet ja innerhalb von 24 Stunden einmal um sich selbst dreht!

Aber was ist dann mit all diesen weit entfernten Sonnen, die uns als Sterne am Nachthimmel erscheinen? Müssten sie nicht den Himmel erhellen? In unserer eigenen Galaxie, der Milchstrasse, gibt es 200 Milliarden Sterne, und das gesamte Universum enthält mehr als 100 Milliarden Galaxien!

Du könntest dir sicher vorstellen, daß diese vielen Sterne unseren Himmel so hell erleuchten könnten, dass es auch in der Nacht so hell wäre wie am Tag.

Bis ins 20. Jahrhundert hinein dachten die Astronomen, dass man all die Sterne im ganzen Universum nicht zählen könne. Sie meinten, das Universum würde sich immer weiter ausdehnen, mit anderen Worten: es sei unendlich groß.

Jetzt wird es paradox

Abgesehen davon, dass man es sich nur sehr schwer vorstellen kann, gibt es noch ein Problem mit dem unendlichen Weltall: eigentlich müsste man ja, egal in welche Richtung man schaut, überall Millionen von Sternen sehen. Wenn das der Fall wäre, dann würde uns das Sternenlicht in der Nacht gleißend hell blenden.

Dieses Problem ärgerte lange die Astronomen und wurde unter dem Namen ‚Olbers’ Paradoxon’ bekannt. Heinrich Wilhelm Matthias Olbers (1758-1840), ein deutscher Physiker und Amateurastronom, beschrieb das Problem 1823.

Ein Paradoxon ist eine Aussage, die zu sich selbst in Widerspruch steht.

Man kann das Problem mit einem Wald vergleichen. Befindet man sich mitten im Wald und schaut sich um, wird man überall Bäume sehen, nah und fern. Die Bäume scheinen dicht an dicht zu stehen, und der Blick wird auf einen relativ kleinen Umkreis beschränkt.

Man sieht eine Wand aus Bäumen und kann nicht durch den Wald hindurchschauen. Die Sterne müssten sich am Himmel eigentlich so überlappen wie Bäume inmitten eines Waldes.

Um dieses Paradoxon zu erklären, dachten Astronomen im 19. Jahrhundert, dass Staubwolken zwischen den Sternen viel von dem Sternenlicht absorbieren, das uns sonst erreichen würde. Aber spätere Wissenschaftler stellten fest, dass der Staub selbst hell glühen müsste, wenn er all diese Energie des Sternenlichtes in sich aufnehmen würde.

Das Ende der Unendlichkeit

Astronomen von heute haben herausgefunden, dass das Universum nicht unendlich groß und auch nicht unendlich alt ist. Ein endliches Universum – also eines mit einer ganz bestimmten Größe, auch wenn es Trillionen von Sternen enthält – hätte nicht genug Sterne, um das ganze Weltall aufzuhellen.

Obwohl die Idee eines endlichen Universums erklärt, warum der Erdhimmel des Nachts nicht hell ist, gibt es noch andere Gründe, weshalb es dunkel wird. Das Universum ist nicht nur in seiner Größe endlich, sondern auch in seinem Alter. Es hat einen Anfang, genau wie du und ich.

Das Universum wurde vor etwa 14 Milliarden Jahren geboren, wahrscheinlich durch eine riesige Explosion, die Big Bang oder Urknall genannt wird. Das Universum begann als einzelner Punkt und dehnt sich seitdem immer mehr aus.

Weil sich das Universum jetzt immer noch ausdehnt, werden die Abstände zwischen den Sternen und Galaxien ständig größer. Obwohl nichts schneller ist als Licht, braucht auch das Licht eine gewisse Zeit, um große Entfernungen zu überwinden.

Wenn also Astronomen eine Galaxie betrachten, die eine Million Lichtjahre entfernt ist, sehen sie diese Galaxie, wie sie einmal vor einer Million Jahren ausgesehen hat.

Das Licht, das die Galaxie heute verläßt, muß eine größere Entfernung bis zu uns zurücklegen, da sich das Universum inzwischen weiter ausgedehnt hat und sich somit der Abstand zwischen uns und der Galaxie größer geworden ist. Das bedeutet also, der Betrag der Lichtenergie, die uns von einem Stern erreicht, verringert sich während der langen Reise. Und je weiter ein Stern von uns entfernt ist, desto weniger hell wird er uns erscheinen.

Dopplereffekt - Rotverschiebung - Blauverschiebung

Weil sich die Sterne von uns wegbewegen (also sich eigentlich der Raum zwischen uns ausdehnt), wird auch die Wellenlänge ihres Lichtes gedehnt. Längere Wellenlängen haben weniger Energie als kurze Wellenlängen. Astronomen sagen, das Licht ist ‚rotverschoben’, weil rot die längste Wellenlänge des sichtbaren Lichtes ist.

Die Rotverschiebung funktioniert genauso wie der Dopplereffekt, den du vielleicht schon von Geräuschen her kennst. Wenn du mit dem Auto unterwegs bist, und ein entgegenkommender Lkw hupt, während er an dir vorbeifährt, kannst du den Dopplereffekt hören. Anfangs klingt der Ton der Hupe tief.

Wenn sich der Lkw schnell nähert, verringert sich der Abstand zwischen dem Sender (Hupe) und dem Empfänger (Ohr), und die Wellenlängen werden kürzer. Dabei klingt der Ton höher als vorher.

Ist der Lkw vorbei und entfernt sich schnell, vergrößert sich der Abstand wieder, die Wellenlänge des Huptones muß eine größere Distanz überwinden und wird gestreckt. Dabei klingt der Ton dann tiefer.

Bewegt sich ein Stern von uns weg, werden die Wellenlängen seines Lichtes ausgedehnt, es kommt weniger Energie bei uns auf der Erde an. Diese beiden Effekte reduzieren den Beitrag, den dieser Stern an der Helligkeit unseres Nachthimmels beisteuert. Beim Olbers Paradoxon wird vorausgesetzt, daß sich das Universum nicht ändert. Obwohl die Ausdehnung des Universums alleine nicht ausreicht, um einen dunklen Himmel entstehen zu lassen, trägt es doch zur Erklärung bei, weshalb der Himmel so dunkel ist.

Dann lieber ab und zu Wolken. Sie haben ja auch eine schöne Seite: sie dekorieren den Himmel und lassen ihn erst interessant aussehen. Und ein Sonnenuntergang, bei dem sich nicht nur ein Streifen Himmel verfärbt, sondern auch die Wolken rosa oder golden leuchten, wirkt doch gleich viel romantischer.

Auch den Wolken ist in der Astrokramkiste ein gebührender Platz eingeräumt worden. Schau doch mal in der Wolkengalerie vorbei!