Finden Sie einen Horizont und genießen Sie die Biegung des Lichts

Mond

Von: Bob King 1. Juni 2023 5

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Der Erdbeervollmond am 3. Juni lädt uns ein, die Brechkraft der Erdatmosphäre zu erleben.

Am 3. Juni geht der Erdbeermond gegen Sonnenuntergang nur wenige Grad östlich des erdbeerfarbenen Antares im Sternbild Skorpion auf. Ich mag ein hartgesottener Deep-Sky- und Kometenbeobachter sein, aber ich freue mich jeden Monat darauf, den Vollmond aufgehen zu sehen und den Himmel mit Licht zu überfluten. Zum Glück wohne ich in der Nähe eines Sees mit toller Aussicht nach Osten und einem garantierten Platz in der ersten Reihe bei diesem immer wiederkehrenden und immer bewegenden Anblick. Während eines Großteils des Jahres geht der Mond direkt aus dem Wasser auf, ungehindert durch Bäume oder Hügel im Vordergrund – ideale Umstände, um die prismatische Kraft der Erdatmosphäre zu beobachten.

Brechung – oder die Fähigkeit des Lichts, sich zu biegen – ist allgegenwärtig. Es malt Regenbögen, lässt Sterne funkeln und liefert das kostbare Licht entfernter Galaxien an unsere Augen, wenn wir durch einen Refraktor blicken. Ohne sie wäre das menschliche Sehen unmöglich.

Das Prinzip ist einfach. Wenn ein Lichtstrahl von einem Medium zum anderen gelangt, ändern sich Geschwindigkeit und Richtung. Licht verlangsamt sich, wenn es in ein dichteres Medium eintritt, und beschleunigt sich, wenn es in ein weniger dichtes Medium eintritt. Durch die Geschwindigkeitsänderung ändert sich die Richtung des Strahls. Wenn das Licht eines Sterns in einem anderen Winkel als 90° (direkt über dem Kopf) auf die Erdatmosphäre trifft, krümmt sich seine Flugbahn vom Horizont nach oben in Richtung Zenit.

Das Licht eines direkt über uns stehenden Sterns erfährt keine Brechung. Wenn Sie einen Stern im Zenit sehen, ist er dort. Senken Sie Ihren Blick jedoch allmählich in Richtung Horizont, und die Lichtbrechung kommt zunehmend ins Spiel.

Es beginnt subtil. Die Position eines Sterns in einer Höhe von 45° verschiebt sich lediglich um 1′ (eine Bogenminute) in Richtung Zenit oder nach oben. Selbst bei 10° Höhe beträgt der Unterschied nur 5,4′ oder etwa ein Fünftel des scheinbaren Durchmessers des Vollmondes. Aber die Brechung steigt schnell auf 9,7′ bei 5°, 21,8′ bei 1°, 25′ bei 0,5° und 33,7′ (größer als der Vollmond) am Horizont. Da beginnt der Spaß.

Die Brechung nimmt mit der Dichte des Mediums zu. Die Luftmenge direkt über dem Kopf beträgt per Definition 1 Luftmasse. Bei 30° über dem Horizont steigt sie mit minimaler Auswirkung auf 2 Luftmassen an. Aber am Horizont blicken wir durch 40 Luftmassen, genug Luft, um die gesamte Mondscheibe zu brechen oder ins Blickfeld zu „heben“, noch bevor sie aufgegangen ist. Wenn Sie in diesem Moment mit den Fingern schnipsen und die Atmosphäre verschwinden lassen könnten, dann würde auch der Mond verschwinden! Auf einer Erde ohne Luft müssten wir auf jeden Mond- und Sonnenaufgang zwei Minuten länger warten. Durch die Brechung wird deren Abbindezeit ebenfalls um den gleichen Betrag verzögert. Deshalb ist das Tageslicht an den sogenannten Tagundnachtgleichen tatsächlich einige Minuten länger als die Nacht.

Die differenzielle Brechung erklärt gut, warum der Mond beim Auf- und Untergang wie ein Sitzsack aussieht. Die atmosphärische Brechung am Horizont beträgt ca. 34′, verringert sich jedoch auf ca. 25′ nur 0,5° darüber. Der untere Teil des Mondes, der näher am Horizont liegt, wird in den weniger gebrochenen oberen Teil „geschoben“. Der Unterschied von ~9′ von unten nach oben entspricht fast einem Drittel seines Durchmessers.

Vom Orbit aus ist die Abflachung sogar noch dramatischer. Astronauten an Bord der Internationalen Raumstation sehen den untergehenden Mond und die untergehende Sonne aus einer längeren Sichtlinie als vom Boden aus. Entsprechend größere Brechungswerte glätten jeden Körper weiter zu roten M&M-Bonbons.

Die atmosphärische Brechung ist keine Konstante, sondern variiert je nach Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck. Aus diesem Grund werden Ihnen die Sonnenauf- und -untergangszeiten nie sekundengenau angezeigt. Unter den richtigen Umständen kann die Brechung bei extremen Temperaturen und Drücken die Brechung um 2° oder mehr erhöhen. In seinem Buch South!: The Story of Shackleton's Last Expedition 1914–917 beschreibt der Polarforscher Sir Ernest Shackleton das Wiedererscheinen der Sonne nach dem Datum ihres vorhergesagten letzten Erscheinens:

„Die Sonne, die sieben Tage zuvor ‚einfach zum letzten Mal aufgetaucht‘ war, überraschte uns, indem sie am 8. Mai [1915] mehr als die Hälfte ihrer Scheibe über den Horizont hob. Ein Leuchten am nördlichen Horizont löste sich um 11 Uhr morgens in die Sonne auf an diesem Tag. Eine Viertelstunde später verschwand der ungewöhnliche Besucher wieder, nur um um 11.40 Uhr wieder aufzustehen, um 13.00 Uhr unterzugehen, um 13.10 Uhr aufzustehen und um 13.20 Uhr verweilend unterzugehen. Diese merkwürdigen Phänomene waren auf die Brechung zurückzuführen, die sich auf 2° 37′ um 13.20 Uhr. Die Temperatur lag 15° unter Null Fahrenheit, und wir berechneten, dass die Brechung 2° über dem Normalwert lag. Mit anderen Worten, die Sonne war 120 Meilen weiter südlich sichtbar, als die Brechungstabellen es zuließen Sei."

Ich habe nicht speziell nach Veränderungen im Grad der Brechung am Horizont von einem Vollmondaufgang zum nächsten gesucht, aber ich bin neugierig, ob routinemäßige Beobachtungen und eine sorgfältige Zeitplanung aufeinanderfolgender Mondaufgänge (oder Sonnenaufgänge) diese Variabilität aufdecken könnten. Selbst ein Unterschied von einem halben Grad sollte mit bloßem Auge leicht erkennbar sein. Hat das sonst noch jemand gesehen?

Neben den groben Auswirkungen der Brechung bei Mondauf- und -aufgang geraten auch Luftschichten unterschiedlicher Temperatur und Dichte entlang der Sichtlinie eines Beobachters in den Brechungseffekt. Jede Schicht beugt das Licht in unterschiedlichem Maße, was die Ränder des Mondes ausfransen, sich bewegende Wellen auf seiner Oberfläche erzeugen und seine Form stark verzerren kann. Es können auch Fata Morganas vorhanden sein.

Bei Vollmond, der am Samstag, dem 3. Juni, um 23:42 Uhr EDT (3:42 UT am 4. Juni) stattfindet, haben wir auch die Möglichkeit, den Schatten der Erde und den Gürtel der Venus zu beobachten, der auf den aufgehenden Mond ausgerichtet ist.

Beachten Sie jedoch, dass der Erdbeermond an vielen Standorten in den USA kurz vor Sonnenuntergang aufgeht, wodurch sein Kontrast zum umgebenden Himmel abnimmt. Ich hoffe, dass Sie in den folgenden Nächten auch ein Date mit dem Mond vereinbaren, wenn der abnehmende Mond an einem viel dunkleren Himmel aufgeht. Suchen Sie sich einen Ort mit freiem Südosthorizont und warten Sie, bis der Mond seine Form verliert.

Anthony Barreiro

1. Juni 2023 um 17:52 Uhr

Danke, Bob. Das ist faszinierend!

Bei der Himmelsnavigation messen Sie zunächst den Winkel über dem Horizont eines Himmelsobjekts (Sonne oder Mond während des Tages; ein Planet, Stern oder Mond in der Dämmerung) und notieren die Uhrzeit. Anschließend verwenden Sie Informationen aus dem Nautischen Almanach Berechnen Sie den Punkt auf der Erdoberfläche, an dem sich das Objekt zum Zeitpunkt Ihrer Beobachtung direkt über Ihnen befand. Mithilfe der sphärischen Trigonometrie können Sie Ihre Position relativ zu diesem Punkt berechnen. Alles hängt von der Genauigkeit der beobachteten Höhe des Objekts über dem Horizont ab, und dieser Winkel wird immer durch die atmosphärische Brechung beeinflusst. Sie müssen also jede Beobachtung an die atmosphärische Brechung anpassen, normalerweise mit einer Standardtabelle, manchmal mit zusätzlichen Korrekturen für Temperatur und Atmosphärendruck unter extremeren Bedingungen. Als Faustregel gilt, immer Objekte zu verwenden, die sich deutlich über 10 Grad über dem Horizont befinden; Darunter ist die Brechung zu extrem und variabel, um eine genaue Position zu liefern.

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