Himmel (planetär)

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Morgendlicher Himmel mit Wolkenlandschaft

Als Himmel wird allgemein das von der Erde oder noch allgemeiner von der Oberfläche eines Planeten aus durch die Atmosphäre mit Blick in Richtung des Weltraums gesehene Panorama bezeichnet.

Das Himmelsgewölbe[Bearbeiten]

Wolkenloser Himmel am Tag
Blauer Himmel mit Wolken bei Tag

Als Himmelsgewölbe bezeichnet man den Teil der Himmelskugel (Firmament), der sich über dem Horizont als scheinbare Halbkugel wölbt.

Tatsächlich erscheint uns die Himmelswölbung eher wie eine flache Schale, die am Horizont zwei- bis dreimal weiter entfernt ist als im Zenit. Dies liegt zum großen Teil am unterschiedlichen Azur (Himmelsblau), daneben tragen auch Effekte der Entfernungschätzung in Bezug zum sichtbaren Horizont bei, wie sie der Mondtäuschung zugrunde liegen. Das Erscheinungsbild des Himmels als über die Erde gewölbte Schale ist in vielen Mythologien vorhanden und hat zum langen Bestehen eines geozentrischen Weltbildes beigetragen.

Der Taghimmel[Bearbeiten]

Warum ist der Himmel hell?[Bearbeiten]

Der Mond besitzt keine Atmosphäre, deshalb ist sein Himmel schwarz. Zu sehen ist die Erde aus der Sicht von Apollo 8.

Durchdringt das Sonnenlicht die Atmosphäre, wird ein Teil des Lichts gestreut und erhellt so den Himmel. Ohne diese Streuung und ohne Atmosphäre wäre der Himmel wie der Weltraum „schwarz“. Zu dieser Diffusstrahlung trägt wesentlich die Streuung an Luftteilchen in der Atmosphäre bei. Eine andere, speziell bei Dämmerung sichtbare Ursache ist das Absorptionsverhalten der Ozonschicht.

Das Himmelsblau[Bearbeiten]

Gestreute blaue Strahlung des Himmels tagsüber

Tagsüber erhält der Himmel seine blaue Färbung infolge der Streuung des Sonnenlichts an den Molekülen der Erdatmosphäre. Das Blaue am kurzwelligen Ende des Lichtspektrums wird etwa 16-mal stärker gestreut als das rote Licht. Je nach Winkel zur Sonne ist das Streulicht unterschiedlich stark polarisiert.

Die Sonnenstrahlung, die uns normalerweise als weiße Farbwahrnehmung erscheint, beruht auf dem Spektrum des sichtbaren Lichts. Da alle Spektralfarben im Sonnenspektrum vorhanden sind, erscheint es als hell und weiß. Wird das weiße Licht zum Beispiel mit Hilfe eines Prismas gebrochen, werden die unterschiedlichen Spektralfarben räumlich getrennt wahrnehmbar. Farbeindruck wird hervorgerufen, wenn einige Spektralanteile des Sonnenlichts stärker oder schwächer vorhanden sind als beim weißen Licht.

Leistungsverteilung von direktem und gestreutem Sonnenlicht

Beim Himmelsblau des Tages wird das Sonnenlicht an winzigen Molekülen der Luft gestreut, die erheblich kleiner sind als die Wellenlänge des Lichtes (Rayleigh-Streuung) und kann dann aus beliebigen Richtungen in unsere Augen gelangen. Das Bild zeigt, dass das Intensitätsmaximum der direkten Sonnenstrahlung im grünen Spektralbereich liegt, das Maximum des Streulichtes aber weit in den UV-Bereich wandert. Das unsichtbare UV-Licht genügt für ein Sonnenbad. Der Himmel scheint zu leuchten und dies vorzugsweise mit kurzwelligem Licht, das der Mensch als blau empfindet.

Der Ort mit dem blauesten und klarsten Himmel der Erde, also dem intensivsten Tages-Himmelsblau, ist nach Messungen des britischen National Physical Laboratory Rio de Janeiro. Dort gibt es in den oberen Schichten der Atmosphäre nur sehr wenig kondensierte Flüssigkeit (Wassertröpfchen) und Staubpartikel, die den Durchtritt des kurzwelligen blauen Lichts stören könnten, wodurch dieses besonders strahlende Blau resultiert. Ungünstige Streueffekte in der Atmosphäre, etwa an Dunst oder Smog, lassen den Himmel andernorts eher weißlich-blau erscheinen.[1]

Das Himmelsblau bei Sonnenauf- und untergang und besonders das intensive Blau des Himmels während der Dämmerung und klarem Himmel hat eine andere physikalische Ursache als die der Rayleigh-Streuung. Die auch als Blaue Stunde des Ozons bezeichnete Tageszeit basiert auf dem besonderen Absorptionsverhalten der Ozonschicht in 20 bis 30 km Höhe und wurde erst 1952 von dem amerikanischen Geophysiker Edward Hulburt (1890–1982) entdeckt.

Historisches[Bearbeiten]

Himmelsblau bei Dämmerung verursacht durch das Absorptionsverhalten der Ozonschicht

Leonhard Euler zog am 27. Juli 1760 durch Licht zu Eigenschwingungen angeregte Teilchen heran, um das Blau des Himmels zu erklären.[2] Im 19. Jahrhundert zeigte Tyndall, dass Licht an Kolloiden (kleine Tröpfchen, Staub) gestreut wird (Tyndall-Effekt), und Strutt (Baron Rayleigh), dass Licht an Kolloiden umso stärker gestreut wird, je kurzwelliger es ist (Rayleigh-Streuung). Lichtstreuung an Kolloiden konnte jedoch die Farbe des Himmels nicht recht erklären, da kaum Abhängigkeit von der Menge an Kolloiden in der Atmosphäre besteht. Daher wurde von anderen Wissenschaftlern vermutet, dass die viel kleineren Moleküle von Stickstoff oder Sauerstoff für die Lichtstreuung verantwortlich sein müssten. Für eine Streuung an so kleinen Teilchen bestand aber kein Erklärungsmodell. Erst Einstein beschrieb ein Modell für photoelektrische Effekte an Molekülen, das im Einklang mit vielen Experimenten stand.

Jedoch blieb eine Ungereimtheit bestehen: das tiefe Blau des Himmels während der Dämmerung. Entsprechend der Theorie der Rayleigh-Streuung sollte der kurzwellige blaue Anteil des Sonnenlichts schon beim Durchgang der Sonnenstrahlen durch den langen Weg in der Erdatmosphäre (bei Tiefstand etwa 35-mal länger als bei Sonnenhöchststand) während eines Sonnenuntergangs heraus gestreut werden und der Himmel müsste eigentlich im Zenit grau bis schwarz erscheinen.

Dieses Phänomen wurde erst 1952 von dem amerikanischen Geophysiker Edward Hulburt entdeckt und konnte durch ihn auch erklärt werden. Hulburt konnte nachweisen, dass das Himmelsblau im Zenit während des Sonnenuntergangs nur zu einem Drittel auf der Rayleigh-Streuung, aber zu zwei Dritteln auf dem speziellen Absorptionsverhalten des Ozons beruht. In der Dämmerung wird dagegen das blaue Licht des Himmels vollständig durch die Ozonschicht verursacht.

Der Himmel zu anderen Tageszeiten[Bearbeiten]

Ähnliche Zusammenhänge gelten auch für den Nachthimmel, sind aber dem freien Auge kaum sichtbar. Dafür sind etliche andere Effekte erkennbar, die der Artikel Nachthimmel ausführlicher behandelt. Mit dem Anblick der Sterne beschäftigt sich der Artikel Sternhimmel, mit den atmosphärischen Erscheinungen des Tag-und-Nacht-Wechsels der Artikel Dämmerung.

Blick auf den Himmel von außen[Bearbeiten]

Obwohl der blaue Anteil des Sonnenlichtes in der Atmosphäre in alle Richtungen gestreut wird, also auch in den Weltraum zurück, ist der „blaue Himmel“ vom Weltraum aus kaum sichtbar. Die Intensität des Streulichtes der Atmosphäre ist im Verhältnis zum reflektierten Licht der Erdoberfläche zu gering. Vom Weltraum aus betrachtet sieht man deshalb nur den sehr viel helleren Hintergrund des Himmels: die Erdoberfläche. Von der Erdoberfläche wird der Himmel gegen den dunklen Hintergrund des Weltraums betrachtet. Die Nachtseite der Erde ist durch Streuungseffekte nie ganz dunkel, insbesondere – abgesehen von der Wolkendecke – durch die menschenverursachte Lichtverschmutzung.

Literatur[Bearbeiten]

  • Ernst Seidl: Der Himmel. Wunschbild und Weltverständnis. MUT, Tübingen 2011, ISBN 978-3-9812736-2-5.
  • H. Dittmar-Ilgen: Wie das Salz ins Meerwasser kommt … Hirzel-Verlag, S. 19: Das Rätsel um unseren blauen Planeten.
  • Aden Meinel, Marjorie Meinel: Sunsets, Twilights, and Evening Skies. Cambridge University Press, 2. Aufl., 1991, ISBN 978-0-521-40647-5.
  • Craig F. Bohren, Alistair B. Fraser: Colours of the Sky. The Physics Teacher, Band 23, Heft 5, 1985, S. 267-272, doi:10.1119/1.2341808.

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Himmel – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. www.farbimpulse.de
  2. S.I. Wawilow: Briefe an eine deutsche Prinzessin über einige Gegenstände der Physik und Philosophie