Atmosphärische Erscheinungen haben zwar wenig mit der direkten Beobachtung der Sonne zu tun, werden jedoch durch die Sonnenstrahlung bzw. die Streuung des Sonnenlichtes in der Atmosphäre verursacht. Dadurch wird es bunt am Himmel, und viele dieser Phänomene sind ein echter Hingucker, weil sie uns mit ihrer Farbenpracht verzaubern. Deshalb möchte ich diese Erscheinungen hier im Rahmen der Sonnenbeobachtung vorstellen.
Teil 2: Atmosphärische Erscheinungen durch das Sonnenlicht
Die Bläue des Himmels
Ohne die Atmosphäre, durch die das Sonnenlicht dringen muss, um zu uns zu gelangen, hätten wir keinen blauen Himmel. Vielmehr wäre er schwarz, selbst am Tag, und wir könnten neben der Sonne auch die Sterne sehen. Diesen Effekt haben die Astronauten der Apollo-Missionen bemerkt, als sie auf dem Mond waren.
Der Mond hat keine Luftschicht. Das Sonnenlicht trifft ungefiltert auf den Mondboden. Der Himmel auf dem Mond ist auch tagsüber schwarz. Sterne sind auf den Aufnahmen der Astronauten nur deshalb nicht zu erkennen, weil sie viel weniger leuchten als die Sonne. Bei länger belichteten Aufnahmen hätte man die Sterne abbilden können.
In der irdischen Atmosphäre wird das eintreffende Sonnenlicht auf seinem Weg zum Erdboden gefiltert. Die Atmosphäre blockiert fast die gesamte von der Sonne ausgesandte Bandbreite der Strahlung.
Am Boden kommt nur noch ein Teil des sichtbaren Lichtes an sowie etwas Infrarotstrahlung und etwas UV-Strahlung.
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.
Sonnenauf- und untergänge
Einen Sonnenauf- oder -untergang zu beobachten ist immer wieder aufs Neue faszinierend. Innerhalb weniger Minuten verändern sich die Farben des Himmels und bieten eine große Palette an Rot- und Gelbtönen. Während die Sonne am Himmel tiefer und tiefer sinkt, muss ihr Licht durch mehr und mehr Atmosphäre hindurch, um zu uns zu gelangen. Dabei werden die blauen und violetten Anteile gestreut und herausgefiltert, rotes und gelbes Licht gelangt dagegen nahezu ungehindert bis zu unseren Augen.
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.
Die schönsten Farben und die größte Farbpalette erleben wir also, wenn die Luft nicht klar ist, sondern von Staub, Vulkanasche, Wassertröpfchen, Eiskristallen und ähnlichem durchsetzt ist. Wolken tun ihr übriges dazu, einen Sonnenuntergang zu verschönern, indem auch sie die aufregendsten Farben annehmen.
Regenbogen
Regenbogen entstehen, wenn die Wassertropfen eines Regenschauers von Sonnenstrahlen durchdrungen werden. Wichtig dabei ist der Standort des Beobachters. Er muss die Regenwand vor sich haben und die Sonne im Rücken.
Die einzelnen Regentropfen wirken wie ein Prisma, in dem der Sonnenstrahl reflektiert und gebrochen wird und das Licht in seine einzelnen Bestandteile zerlegt wird.
Die Farben werden dabei wellenlängenabhängig unterschiedlich stark gebrochen und ordnen sich dann in dem typischen Streifenmuster an. Manchmal entstehen sogar mehrere Regenbögen zugleich.
Nebensonnen und Halos
Manchmal kommt es auch ohne Regen zu bunten Lichtbögen am Himmel. Meist erscheinen sie links und rechts der Sonne, mit einem Winkelabstand von ca. 30 Grad. In den Regenbogenfarben sehen wir dort einen bunten Fleck oder auch einen Bogen.
Ganz selten kann man den Bogen auch komplett als Kreis sehen. Er geht dann im Abstand von 30 Grad um die Sonne herum. Noch seltener sind sogar zwei Bögen zu sehen: der bereits vorgestellte 30-Grad-Bogen und ein größerer Bogen mit einem Abstand von 60 Grad zur Sonne.
Günstig bei der Beobachtung ist es, wenn die Sonne ausgeblendet werden kann, da ihre Helligkeit störend wirkt. Man kann sich so positionieren, dass die Sonne von einem Baum oder Schornstein oder etwas anderem verdeckt wird, der Himmelsbereich links und rechts neben ihr aber frei von Hindernissen ist.
Im Foto kommt die Sonne gerade hinter einem Berg hervor. Das Sonnenhalo war vorher deutlich zu sehen, verblasste dann aber. Insgesamt dauerte die Erscheinung etwa 20 Minuten.
Manchmal ist die Reflexion des Sonennlichten im Halo an einer Stelle so intensiv, dass man das Gefühl hat, eine zweite Sonne zu sehen. Oder aber, wenn die Sonne noch verdeckt ist, könnte man denken, die Sonne steht an der falschen Stelle des Himmels.
Auf diesem Foto ist es Mitte Dezember kurz nach Sonnenaufgang. Da die Sonne selbst noch durch einen Berg verdeckt war und die Nebensonne sehr hell leuchtete, verwechselte ich beide im ersten Moment und war ganz verblüfft, dass die Morgensonne schon im Süden steht. Es dauerte einen Moment, bis mir klar wurde, dass es nur eine atmosphärische Erscheinung ist, die ich sehe.
Wie entstehen Sonnenhalos und Nebensonnen? Um das Sonnenlicht in seine farbigen Anteile zu zerlegen, werden kleine Prismen in der Erdatmosphäre benötigt. Bei Regen + Sonnenschein sind es die Regentropfen, die als Prisma wirken. Bei Sonnenhalos befinden sich Eiskristalle in höheren Luftschichten, die die Funktion eines Prismas übernehmen. Deshalb treten Sonnenhalos eher im Winterhalbjahr auf.
Iridiumflares und nachtleuchtende Wolken
Wolken können nachts leuchten, wenn sie sich in großen atmosphärischen Höhen befinden und noch vom Sonnenlicht angestrahlt werden, während es unten auf dem Erdboden bereits dunkel ist.
Diesen Effekt kann man bei Flugreisen selbst erleben. Bei einem abendlichen Start nach Sonnenuntergang wird man vom Flugzeug aus doch noch einmal die Sonne sehen können, wenn sich das Flugzeug in die Lüfte erhoben hat.
Iridiumflares sind plötzlich aufleuchtende sehr helle Lichtreflexe, die die Anwesenheit von Satelliten verraten. Dabei fällt das Sonnenlicht auf die Außenhaut eines Satelliten und wird von diesem wie bei einem Spiegel zurückgeworfen. Befinden wir uns gerade in dem Strahlengang der reflektierten Sonnenstrahlen, dann nehmen wir das als einen Flare wahr. Die Helligkeit steigt allmählich an, steigert sich innerhalb weniger Sekunden und reißt dann plötzlich ab. Der Satellit ist dann kaum noch oder gar nicht mehr zu sehen.
Iridiumflares sind nicht nur auf die Nachtstunden beschränkt. Sie können wegen ihrer enormen Helligkeit auch am Taghimmel wahrgenommen werden. Nachts fallen sie allerdings viel stärker auf. Ihre Helligkeit kann die der Venus um das 50fache übertreffen. Iridiumflares sind gut zu beobachten, da sie auf die Sekunde genau vorherberechnet werden können. Sie treten an den 66 Telekommunikationssatelliten der Iridium-Serie auf, die die Erde umkreisen. Auf der Internetseite heavensabove.com kann man sich die Zeiten für Iridiumflares der nächsten 7 Tage anzeigen lassen.
Polarlichter
Polarlichter treten in der Ionosphäre der Erde auf und werden durch den Sonnenwind verursacht, der die Magnetosphäre der Erde beeinflusst. Die Magnetosphäre ist der Bereich um einen Planeten, in dem sein Magnetfeld wirkt.
Der Sonnenwind führt elektrisch geladene Teilchen mit sich, die bis in die Ionosphäre der Erde eindringen und mit den dortigen Atomen und Molekülen von Sauerstoff und Stickstoff kollidieren. Dadurch verlieren diese kurzzeitig ihre Elektronen.
Beim Wiedereinfang wird die freiwerdende Energie in Form von Licht abgegeben. Dabei entstehen rote und grüne, manchmal auch violette und blaue Farben, die wir als Polarlichter wahrnehmen.
Polarlichter treten meist im Bereich der beiden Polregionen der Erde auf, also nördlich von 60° nördlicher Breite und südlich von 60° südlicher Breite. Manchmal ist der Sonnenwind so heftig, dass Polarlichter sogar in Mitteleuropa beobachtet werdn können.
In der Abbildung haben wir einen ganz besonderen Blick auf die Polarlichter. Wir befinden uns im Rahmen der Mission STS-39 (28. 4. bis 6.5. 1991) an Bord des Space Shuttles Discovery und schauen von oben auf die Südpolregion der Erde. Bildquelle: NASA
Noch nicht genug von der Sonne? Dann gehe zu Teil 3 der Sonnenbeobachtung - Phänomene der Sonne! Da geht es darum, was direkt auf der Sonne los. Wir schauen uns Sonnenflecken, Flares, Protuberanzen und die Korona an.