Thema des Tages

A, B oder C? - Auf welche optische Erscheinung tippen Sie?


Das Thema Atmosphäre und damit verbundene optische Erscheinungen 
taucht immer wieder in Quizshows auf. So auch eine Frage aus der 
Wissensshow "Wer weiß denn sowas?" Hätten Sie die richtige Antwort 
gewusst?


In einer Folge der beliebten Quizshow "Wer weiß denn sowas?" wurde in
der Kategorie 'Sonne, Mond und Sterne' den Kandidaten folgende Frage 
gestellt: "Was können Astronauten auf der ISS (International Space 
Station) nicht sehen?" Die drei Antwortmöglichkeiten waren: A) das 
Funkeln der Stern, B) das Aufleuchten der Sternschnuppen oder C) die 
Farben der Polarlichter. Für welche Antwort hätten Sie sich 
entschieden?

Tatsächlich ist Antwort A) richtig und die Astronauten auf der 
internationalen Weltraumstation ISS müssen auf den romantischen 
Glitzereffekt beim Blick in den Sternenhimmel verzichten. Es ist 
allgemein bekannt, dass Sterne, so wie unsere Sonne, nicht blinken. 
Warum also nehmen wir an der Erdoberfläche ein Funkeln war und unsere
Astronauten draußen im All nicht? Der Grund hierfür liegt - Sie ahnen
es vielleicht schon - an unserer Erdatmosphäre. 

Auf dem weiten Weg von zig Billionen Kilometern durch das Weltall 
nimmt das Licht der Sterne zunächst praktisch einen ungehinderten und
weitgehend direkten Weg durch ein gigantisches Vakuum. Erst in der 
Atmosphäre findet eine Lichtbrechung statt, durch die der Lichtweg 
beeinflusst wird. Obwohl die Atmosphäre durchsichtig ist, verfügt sie
keinesfalls über eine gleichmäßige Dichte. An der Oberfläche ist sie 
dichter, als in den höheren Schichten. Außerdem entstehen durch 
unterschiedlich temperierte Luftschichten stärkere 
Temperaturgegensätze und somit Dichteunterschiede. So steigen etwa 
durch Sonneneinstrahlung erwärmte Luftschichten tagsüber aufgrund von
geringerer Dichte auf, kältere hingegen sinken ab. Die untersten 
Kilometer der Atmosphäre, auch als Grenzschicht bezeichnet, weist 
Turbulenzen auf. 

Physikalisch ist die Luftdichte mit dem Brechungsindex verknüpft. Bei
unterschiedlicher Temperatur ändert sich auch der jeweilige 
Brechungsindex und somit direkt auch die optische Eigenschaft der 
Atmosphäre. Jedes Mal, wenn die Lichtstrahlen unserer Sterne auf eine
Luftschicht unterschiedlicher Dichte treffen, entstehen 
Lichtablenkungen im Bruchteil einer Sekunde. Da die Luft ständig in 
Bewegung ist, entsteht bei uns als Beobachter der Eindruck, dass die 
Leuchtkraft schwankt - was wir als Funkeln oder Flimmern wahrnehmen. 
In der Astronomie wird diese scheinbare Helligkeitsänderung eines 
Sterns als Szintillation bezeichnet, abgeleitet vom lateinischen 
'scinitillare' für funkeln oder flackern. Einen vergleichbaren 
Brechungseffekt kennt man etwa, wann man schräg über eine heiße 
Asphaltfläche schaut. Auch dann erzeugt die unterschiedlich 
temperierte Luft einen verzerrenden Effekt und die Bildpunkte 
scheinen sich leicht zu bewegen. 

Einige Lichtpunkte am Nachthimmel stammen jedoch nicht von Sternen, 
sondern von Planeten und Monden unseres Sonnensystems. Sie lassen 
sich mit bloßem Auge von Sternen kaum unterscheiden, ein Funkeln oder
Blinken bleibt allerdings so gut wie aus. Zwar läuft auch das Licht 
der Planeten durch die Dichteunterschiede in der Atmosphäre, 
allerdings erreicht uns dann nicht nur ein Lichtstrahl sondern ein 
ganzes Lichtbündel und bei genauer Betrachtung sind sie als winzige 
Scheiben zu erkennen sind. Bei einer hellen Fläche sind die 
Helligkeitsschwankungen durch die konstanten Brechungen weniger 
sichtbar als bei einem winzigen Lichtpunkt, wie einem Stern.

Während für die einen der Blick in den funkelnden Sternenhimmel etwas
Romantisches hat, versuchen Astronomen natürlich stets einen 
möglichst unverzerrten, unverfälschten Blick auf die Himmelsobjekte 
zu ergattern. Indem man Großteleskope auf hohen Bergen in Regionen 
mit einer möglichst stabilen Wetterlage installiert, wird das Problem
zumindest stark verringert. Bekannte Großteleskope stehen etwa auf 
dem hawaiianischen Vulkan Mauna Kea sowie auf den nahezu benachbarten
Gipfeln des Cerro Amazones und Cerro Paranal in der chilenischen 
Atacama-Wüste. 

Zusätzlich gibt es da noch die großen Weltraumteleskope, wie das gut 
bekannte Hubble-Teleskop. Allerdings ist der Gebrauch von solchen 
Weltraumteleskopen sehr kostspielig. Immerhin profitieren sie von dem
außerordentlichen Vorteil, dass das Sternenlicht nicht die Atmosphäre
durchbrechen muss. So wie unsere Astronauten auf der ISS blicken sie 
also in einen ungestörten "flimmerfreien" Sternenhimmel.

M.Sc.-Met. Sebastian Altnau
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale 
Offenbach, den 28.05.2021

Copyright (c) Deutscher Wetterdienst

Diesen Artikel und das Archiv der "Themen des Tages"
finden Sie unter www.dwd.de/tagesthema

Weitere interessante Themen zu Wetter und Klima finden
Sie auch im DWD-Wetterlexikon unter: www.dwd.de/lexikon