Ph 07

Technik

Lichtbrechung in der Atmosphäre

Im Schulunterricht betrachtet man bei der Untersuchung der Brechung meist Medien die scharf gegeneinander abgegrenzt sind. Der Lichtstrahl erfährt dann bei der Brechung einen Knick. In der Natur gibt es aber eine Reihe von Erscheinungen, wo der Übergang z. B. vom optisch dünneren zum optisch dichteren Medium fließend ist.

In einem Modellversuch wird über eine Zuckerlösung (50g Zucker auf 100 cm³ Wasser) vorsichtig 100 cm³ Wasser geschichtet. Lässt man das Becken mehrere Stunden stehen, bildet sich eine von oben nach unten kontinuierlich zunehmende Zuckerkonzentration und somit auch eine kontinuierlich nach unten zunehmende optisch Dichte aus. Man sieht im nebenstehenden Bild wie dadurch der Lichtstrahl "gebogen" wird.

In der unteren Skizze wird dieses Phänomen verständlich. Der Lichtstrahl wird jeweils zum Lot hin gebrochen, da die untere Schicht optisch dichter ist.

Unsere Lufthülle ist in hohen Schichten optisch dünner als in den erdnahen Schichten. Daher kommt es - ähnlich wie beim Modellversuch mit Wasser - zur "Biegung" des von einem Stern ausgehenden Lichtes.
Ein Beobachter auf der Erde vermutet den Stern (Rückwärtsverlängerung des eintreffenden Strahls) in einer größeren Höhe.

Auch die Position unserer Sonne sehen wir bei schrägem Lichteinfall auf die Luftschichten höher als sie tatsächlich ist. Abends ist die Sonne schon um 0,5° unter dem Horizont, wenn wir glauben, dass sie gerade untergeht. Auf diese Weise verlängert sich das Tageslicht für uns (ca. 2 Minuten beim Sonnenaufgang und 2 Minuten beim Sonnenuntergang).

Auch die ovale Form der Sonne ist auf die Brechung in den Luftschichten zurückzuführen. Die Lichtstrahlen, die vom "unteren" Teil der Sonne kommen haben einen größeren Einfallswinkel auf die Luftschichten als die Strahlen, die vom "oberen" Teil der Sonne zu uns kommen. Der untere Teil der Sonne wird daher "stärker angehoben" und es entsteht der Eindruck einer Abplattung der Sonne.

Die folgenden Skizze verdeutlicht dies schematisch (hier wird zur Vereinfachung von einer Luftschicht ausgegangen, die eine feste optische Dichte hat). Strahl 1 fällt flacher auf die Grenzfläche und wird somit stärker gebrochen als Strahl 2.

Warum die abgeplattete Sonne im unteren Teil rötlich erscheint, kann erst später geklärt werden.

Wer sich noch etwas näher über die möglichen Bilder beim Sonnenuntergang informieren will, gehe zur Detail-Seite (Achtung: lange Ladezeit und nur für besonders Interessierte).

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