Astronomische Refraktion

Grund für die manchmal etwas länger dauernden Sonnenuntergänge ist
die Brechung des Lichts beim Übergang zwischen Medien
unterschiedlicher optischer Dichte: die astronomische Refraktion. Die
Sonnenstrahlen bewegen sich durch das Vakuum des Weltalls und treffen
in der Nähe der Erde auf unsere Atmosphäre. Diese ist gefüllt mit
Luft und unterschiedlichen Teilchen, welche eine höhere optische
Dichte erzeugen und das Licht in Richtung der Erdoberfläche brechen.


Geht die Sonne nun unter, werden die sich linear ausbreitenden
Sonnenstrahlen durch die Atmosphäre zur Erde bzw. zum Beobachter hin
gebrochen und man sieht sie länger, als man es ohne Atmosphäre tun
wurde. Obwohl die Sonne geometrisch schon unter dem
Beobachterhorizont steht, erscheint es durch die Lichtbrechung so,
als wäre sie noch am Horizont. Wäre die Erde von einem Vakuum
umgeben, würden die Sonnenstrahlen einfach an der Erde vorbei laufen
und die Sonne wäre schneller nicht mehr sichtbar.

Je kälter es ist und je höher der Luftdruck, umso höher ist die
optische Dichte der atmosphärischen Luft und damit auch die Brechung.
In sehr warmer Luft und bei tieferem Luftdruck geht die Sonne also
schneller unter, als bei kaltem Hochdruckwetter. Um die Refraktion
und damit den Zeitunterschied zwischen tatsächlichem Sonnenuntergang
und sichtbarem Sonnenuntergang zu berechnen, muss man viele
Näherungen annehmen. Für die alltägliche Berechnung geht man bei den
meteorologischen Bedingungen von einer Standardatmosphäre aus, die
stabil und vertikal gleichmäßig geschichtet ist. Am größten ist die
Brechung bei horizontal einfallenden Lichtstrahlen, also bei Auf-
oder Untergang der Sonne oder anderer Gestirne. Am geringsten bzw.
praktisch Null ist die Brechung bei senkrechtem Auftreffen der
Lichtstrahlen auf die Erdatmosphäre und den Beobachter.

Auch das nächtliche Sternenbild unterliegt der astronomischen
Refraktion. Sie lässt die Sterne viel weiter weg erscheinen, also sie
es tatsächlich sind. Lediglich die sich direkt über dem Beobachter
befindlichen Sterne haben den "richtigen" Abstand zur Erde, da sie
senkrecht, also im Lot, auf den Beobachter treffen.

An einem 18. August geht die Sonne auf Borkum gegen 20:54 Uhr MESZ,
im Raum Berlin gegen 20:22 Uhr MESZ, in Frankfurt am Main gegen 20:38
Uhr MESZ und in Konstanz am Bodensee gegen 20:20 Uhr MESZ unter.

Dipl.-Met. Jacqueline Kernn
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 18.08.2018

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