Himmel (planetär)
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Als Himmel bezeichnet man allgemein das von der Erde - oder allgemein, von einer Planetenoberfläche - aus durch die Atmosphäre mit Blick in Richtung des Weltraums gesehene Panorama.
Als Himmelsgewölbe ist er der Teil der Himmelskugel (Firmament), der sich über dem Horizont als scheinbare Halbkugel wölbt.
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[Bearbeiten] Das Himmelsgewölbe
Tatsächlich erscheint uns die Himmelswölbung eher wie eine flache Schale, die am Horizont 2- bis 3-mal weiter entfernt ist als im Zenit. Dies liegt großteils am unterschiedlichen Azur (himmelsblau), daneben tragen auch Effekte der Entfernungschätzung in Bezug zum sichtbaren Horizont bei, wie sie etwa der Mondtäuschung zugrundeliegen. Das Erscheinungsbild des Himmels als über die Erde gewölbte Schale ist in vielen Mythologien vorhanden und hat zur langen Dauer des geozentrischen Weltbildes beigetragen.
[Bearbeiten] Der Taghimmel
Der Himmel erhält seine scheinbar blaue Färbung infolge der Streuung des Sonnenlichts in der Erdatmosphäre. Hierbei wird das kurzwelligere blaue Licht am einen Ende des sichtbaren Lichtspektrums stärker gestreut als das rote Licht am anderen Ende (Rayleigh-Streuung). Je nach Winkel zur Sonne ist das Streulicht unterschiedlich stark polarisiert.
[Bearbeiten] Warum ist der Himmel blau?
Die Sonnenstrahlung, die uns normalerweise weiß erscheint, ist aus einem Lichtspektrum verschiedener Wellenlängen zusammengesetzt. Dieses Spektrum wird vom Menschen aufgrund seiner Farbwahrnehmung als weiß empfunden, ist jedoch keine Eigenschaft des Sonnenlichtes selbst. Wird das weiße Licht in seine verschiedenen Wellenlängen aufgeteilt, nimmt der Mensch das Licht in Spektralfarben wahr. Dies wird zum Beispiel bei einem Regenbogen oder mit Hilfe eines Prismas sichtbar. Auch die Farben des nun monochromatischen Lichts sind keine Eigenschaft des Lichtes, sondern beruhen auf der menschlichen Wahrnehmung. Es ist jedoch nicht notwendig, monochromatisches Licht zu verwenden, um Licht farbig erscheinen zu lassen. Es genügt, wenn einige Wellenlängenbereiche des Sonnenlichts stärker oder weniger stark vertreten sind, als beim weißen Licht.
[Bearbeiten] Warum ist der Himmel hell?
Durchdringt das Sonnenlicht die Atmosphäre, wird ein Teil des Lichts gestreut und erhellt so den Himmel. Ohne diese Streuung bzw. ohne Atmosphäre wäre der Himmel − wie der Weltraum − schwarz. Zu dieser Diffusstrahlung trägt wesentlich die Streuung durch Sauerstoff und Stickstoff in der Atmosphäre bei. Kurzwelliges (blaues) Licht hat dabei eine etwa 10 Mal größere Chance gestreut zu werden, als langwelliges (rotes) Licht. Die restliche Direktstrahlung der Sonne erscheint uns oft gelblich: Wenn ihr Licht bei uns ankommt, enthält es weniger „blau“. Geht die Sonne unter, muss sich das Licht einen langen Weg durch die Atmosphäre bahnen. Die Direktstrahlung trifft also häufiger auf Moleküle, die es streuen können. Auch mittelwelliges Licht wird merklich gestreut und lässt uns die Sonne rot erscheinen.
[Bearbeiten] Blauer Himmel
Die Diffusstrahlung kann aus ganz anderen Richtungen als die der Sonne in unsere Augen gelangen. Der Himmel scheint zu leuchten und dies mit kurzwelligem Licht, das der Mensch als blau empfindet. Dem blauen Himmel liegen also drei wesentliche Faktoren zu Grunde: die Sonnenstrahlung, unsere Farbwahrnehmung und die sogenannte Rayleigh-Streuung.
Ein Blick auf die Spektralfarben lässt vermuten, das der Himmel violett sein sollte, da dies das kurzwelligste, sichtbare Licht ist. Das Licht des Himmels enthält auch diesen Lichtanteil, gelangt aber im Verhältnis zu den anderen Farben des Lichts in kleineren Mengen zur Erde und wird vom menschlichen Auge mit relativ geringer Empfindlichkeit und eingeschränkter Selektivität aufgenommen (siehe Farbwahrnehmung).
Der Ort mit dem blausten und klarsten Himmel der Erde, also dem intensivsten Himmelsblau, ist nach Messungen des britischen National Physical Laboratory Rio de Janeiro. In den oberen Schichten der Atmosphäre über der Stadt des Zuckerhuts gibt es nur sehr wenig kondensierte Flüssigkeit (Wassertröpfchen) und Staubpartikel, die den Durchtritt des kurzwelligen blauen Lichts stören könnten, was in einem besonders strahlenden Blau resultiert. Ungünstige Streuungseffekte der Atmosphäre sind es, die den Himmel andernorts eher weißlich-blau erscheinen lassen.[1]
[Bearbeiten] Historisches
Durch Licht zu Eigenschwingungen angeregte Teilchen zog schon Leonhard Euler am 27. Juli 1760 heran, um das Blau des Himmel 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 um so 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, wie 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, die im Einklang mit vielen Experimenten war.
[Bearbeiten] Der Himmel zu anderen Tageszeiten
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.
[Bearbeiten] Blick auf den Himmel von außen
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 einfach zu gering. Vom Weltraum aus betrachtet sieht man deshalb nur den sehr viel helleren Hintergrund des Himmels: die Erdoberfläche. Befindet man sich hingegen auf der Erdoberfläche, hat man einen sehr dunklen Hintergrund zur Verfügung, um den blauen Himmel betrachten zu können: den Weltraum. Die Nachtseite der Erde ist durch Streuungseffekte auch nie ganz Dunkel, weitaus beherrschend ist heute – abgesehen von der Wolkendecke – aber die künstliche Beleuchtung durch den Menschen.
[Bearbeiten] Siehe auch
- Atmosphärische Optik
- Bewölkung, Wolke (Cirren)
[Bearbeiten] Quellenangaben
- ↑ www.farbimpulse.de
- ↑ S.I. Wawilow: Briefe an eine deutsche Prinzessin über einige Gegenstände der Physik und Philosophie
[Bearbeiten] Literatur
- H.Dittmar-Ilgen: Wie das Salz ins Meerwasser kommt.... Hirzel-Verlag; S. 19: Das Rätsel um unserem blauen Planeten
[Bearbeiten] Weblinks
