Atmosphärische Refraktion und Dispersion
Wir erblicken Himmelsobjekte nicht an ihrem wahren Ort, sondern an ihrem scheinbaren. Sofern sie nicht exakt im Zenit, dem Himmelsscheitel weilen, sehen wir diese Objekte stets ein wenig weiter droben, als sie ohne unsere Atmosphäre eigentlich stünden.
Die Refraktion hebt alles hinauf
Denn unsere Lufthülle stemmt alle Objekte scheinbar ein wenig in die Höhe. Die Stärke dieser Refraktion (lat., etwa "zurück brechen") ist abhängig von der Luftmasse, die ein Lichtstrahl durchmessen muss.
Im Zenit ist die Luftmasse "1", am Horizont beträgt sie das 39-fache. Im Zenit beträgt die Anhebung eines Himmelsobjekts null Winkelgrad, in halber Himmelshöhe (45 Grad) eine Bogenminute (1/60 Grad). Fünf Grad über dem mathematischen Horizont werden Gestirne aber bereits 10 Bogenminuten (1/6 Grad) angehoben. Der Effekt nimmt mit sinkender Höhe rasch zu.
Am mathematischen Horizont beträgt die mittlere Refraktion 35 Bogenminuten, das ist etwas mehr als der Durchmesser der Mondscheibe.
Verfolgen wir den Monduntergang über dem Meer: Küsst der untere Mondrand gerade die Wasseroberfläche, so ist der Mond in Wahrheit bereits zur Gänze untergegangen.
Die Refraktion nimmt nahe am Horizont dramatisch zu. Der untere Rand eines Objekts unterliegt ihr deutlich mehr als der obere, noch etwas höher liegende. Der untere Rand wird somit stärker angehoben als der obere.
Deshalb wirkt der Mond in Horizontnähe abgeplattet.
(Dass uns die Mondscheibe nahe am Horizont dennoch größer anmutet als in höheren Gefilden, ist ein psychologischer Effekt, über dessen Zustandekommen sich treffend streiten lässt)
Die mittlere Stärke der Refraktion hängt von der Höhe des Gestirns ab. Es existieren einschlägige Tabellen. Tatsächlich bestimmen aber auch die aktuellen Temperatur- und Druckwerte den Brechungsindex der Luft mit. Da in unterschiedlichen Höhen über dem Boden unterschiedliche Temperaturen herrschen, weichen die realen Refraktionswerte vom errechneten Mittelwert ab.
Wir können auch das sehr gut beobachten - an den unregelmäßigen Verformungen des Mondes knapp über dem mathematischen Horizont.
Über dem Meer liegen offenbar Luftschichten mit besonders großen Temperaturunterschieden. Die entsprechend differierende Refraktion verformt das Sonnenbild enorm - wie im folgenden Foto zu sehen.
Die Dispersion - einmal kein Anstrich
Die mittlere Stärke der Refraktion ist zudem von der Wellenlänge des Lichts abhängig - ein Phänomen, das atmosphärische Dispersion heißt. Blaues Licht wird stärker angehoben als rotes. Gelegentlich wird das Bild der untergehenden Sonne gleichsam in seine farblichen Bestandteile zerlegt. Das oberste Bildchen ist grün-blau.
Koppelt sich das grüne Bildchen so vom Rest ab, dass es als einziges noch nicht untergegangen ist, spricht man vom "Grünen Strahl" (engl.: green flash). Ich sah ihn einmal vom Flugzeug aus. Ein gutes Foto davon ist mir bislang nicht gelungen, zumal man sich dazu abends an der Westküste einer ans weite Meer angrenzenden Landmasse aufhalten müsste.
Für Ostküstenbewohner gibt es ein vergleichbares Phänomen beim Sonnenaufgang, doch ist dies technisch schwieriger einzufangen.
Am oberen Sonnenrand deutete sich hier ein "Grüner Strahl" an, der vor dem Sonnenuntergang leider verschwand (Fotodaten)
Ein optisches Instrument dürfen wir niemals ohne fachgerechten Schutz auf die Sonne richten, da sonst Erblindung droht.
Wir erleben die Dispersion aber ganz gefahrlos beim nächtlichen Fernrohranblick eines Planeten. Nahe dem Horizont sieht man den Planeten selbst im besten, farbreinsten Teleskop oben von einem blaugrünen Rand begrenzt, unten von einem roten.
Dieser Effekt verwischt Details der Abbildung und wirkt somit bildverschlechternd.
Bei Planetenfotos lässt man die atmosphärische Dispersion meist von der Software wegrechnen.
Man kann ihr aber auch mit einem Gerät begegnen, das Atmospheric Dispersion Corrector (ADC) genannt wird.
Der ADC wird zwischen Teleskop und Okular (bzw. Planetenkamera) gesteckt. Inhalt sind zwei sehr dünnen Prismen, die im passenden Ausmaß gegeneinander verdreht werden. Näheres dazu lesen Sie hier.
Zurück zur Refraktion
Die atmosphärische Refraktion bricht bei Mondfinsternissen übrigens Sonnenstrahlen in den eigentlich stockdunklen Erdschatten hinein und hellt so den total verfinsterten Mond ein wenig auf.
Weil auf dem tangentialen, besonders langen Weg durch die Erdamtosphäre blaues Licht herausgestreut wird und so verlustig gerät, gelangt vorwiegend gerötetes in den Erdschatten - weshalb der Mond während der Totalität ganz schwach orangefarbig, blutrot oder kupferrot schimmert.
Fototipp
Die Refraktion macht sich sowohl im Regenbogen, als auch beim Mondauf- bzw. Untergang bemerkbar. Für Regenbögen braucht es ein wirkliches Weitwinkelobjektiv; aber auch ein Tele kann interessante Eindrücke festhalten. In letzterem Fall ist ein Stativ angeraten. Letzteres gilt auch für Aufnahmen des Mondauf- bzw. Untergangs.