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Startseite/Astronomie und Himmel/Refraktion beim Sonnenuntergang

Refraktion beim Sonnenuntergang

Geometrischer und scheinbarer Horizont: Hebung der Sonnenscheibe in einem Modell der geschichteten Atmosphäre.

Geometrie und scheinbare Höhe

-0.35°
0.58°

Am Horizont brechen Dichtegradienten der Luft die Strahlen nach unten zum Beobachter, sodass die Sonnenscheibe über dem geometrischen Horizont sichtbar sein kann, wenn der Mittelpunkt etwas darunter liegt. Typische „Hebung“ am Horizont — von der Größenordnung eines halben Grades — vergleichbar mit der Winkelgröße der Scheibe.

Gemessene Größen

Scheinbare Höhe0.23°

Zum Modell

Die Refraktion beim Sonnenuntergang hebt Gestirne über den geometrischen Horizont: bei Untergang und Aufgang ist die Sonne noch sichtbar, wenn sie geometrisch schon unter der Horizontlinie steht. Der Strahl krümmt sich, weil der Brechungsindex der Luft zur Oberfläche hin wächst. Die Atmosphäre ist in konzentrische Schichten konstanter Dichte zerlegt; an jeder Grenze gilt das Brechungsgesetz n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂, der Summenwinkel gibt die scheinbare Hebung der Scheibe. Lokale Temperaturgradienten, Turbulenz und Dispersion (grüner Blitz) werden nicht gerechnet. Auf dem Schirm sind geometrische und scheinbare Höhe getrennt.

Für wen: Oberstufe und erstes Semester: geometrische Optik, atmosphärische Refraktion.

Wichtige Begriffe

  • atmosphärische refraktion
  • brechungsgesetz
  • geometrischer horizont
  • scheinbarer horizont
  • brechungsindex
  • geschichtete atmosphäre
  • grüner blitz

So funktioniert es

Der Brechungsindex der Luft wächst zur Oberfläche hin, daher krümmt sich ein Strahl von der Sonne am Horizont nach unten zum Beobachter. Geometrische und scheinbare Höhe unterscheiden sich: die Scheibe kann über dem Horizont sichtbar sein, wenn der Mittelpunkt schon darunter liegt. Die Hebung am Horizont ist von der Größenordnung eines halben Grades — vergleichbar mit dem Winkeldurchmesser der Sonne. Dispersion und das wirkliche Temperaturprofil entfallen: es wird ein einziger effektiver Hebungswinkel vorgegeben.

Häufige Fragen

Warum ist die Sonne beim Untergang abgeplattet?
Die Refraktion ist am Horizont stärker. Der untere Rand der Scheibe wird stärker angehoben als der obere — die scheinbare Höhe wird gestaucht.
Sieht man hier den grünen Blitz?
Die Grundrefraktion, die den grünen Blitz ermöglicht, ist da; die Erscheinung selbst nicht. Dazu braucht man noch Dispersion: verschiedene Wellenlängen werden etwas verschieden gebrochen und trennen sich am Horizont einen Augenblick in sehr klarer Luft.
Wie genau sind die diskreten Schichten?
Das ist eine Lehrnäherung des stetigen Dichtegradienten. Für Navigation und Präzisionsastronomie integriert man ein stetiges Profil des Brechungsindex.
Gilt dasselbe für Sterne und Planeten?
Ja: jedes Gestirn am Horizont wird angehoben. Der Betrag hängt von der Höhe über dem Horizont ab, nicht von der Entfernung. Bei genauen Beobachtungen führt man eine Refraktionskorrektur ein.