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

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