Erdschatten in Wirklichkeit Schatten der Ozonschicht?

[Ulrich_Beinert]

Liebe AKM'ler,

ich habe letztens in einem Buch über die Atmosphäre gelesen, dass das, was wir gemeinhin am Abendhimmel als "Erdschatten" bezeichnen, in Wirklichkeit der Schatten der Ozonschicht sei.

Weiß einer von euch etwas davon und - noch wichtiger - kann es jemand verständlich erklären?

Ulrich

[Werner Krell]

Hallo, den Erdschatten könnte ich dir noch ansatzweise erklären, den soll es ja, seltsamerweise, huch, auch am Morgenhimmel geben , aber einen Schatten der Ozonschicht am Horizont Ich denke der Verfasser dieses Buch hatte wohl selber einen Schatten, wo und wie denn auch immer…gesehen, ääähem
Nix für ungut und einen schönen Tag noch…Werner

[Elmar Schmidt]

Hallo Ulrich,

die Frage ist schwieriger zu beantworten, als man zunächst denkt; denn bei Mondfinsternissen stellt man durchwegs fest, daß der Erdschatten um 1-2% gegenüber dem geometrisch zu erwartenden vergrößert erscheint, vgl. etwa

http://www.spaceglobe.de/Mond1/Mond2/mond2.html

Allerdings sind schon 1% Höhe über 60 km, während die Ozonschicht deutlich niedriger liegt. Sie gehört demnach auf jeden Fall den "im Fernfeld" schattengebenden Teilen der Erdatmosphäre an. Inwieweit die Erdschattengrenze "im Nahfeld" der Atmosphäre noch davon beeinflußt wird, habe ich letztgültig nicht ermitteln können.

Nach Minnaerts Ansicht geht der atmosphärische Erdschatten zunächst einmal in dem Moment auf, wenn die Sonne untergeht, so daß nur die vom Erdkörper blockierten Teile des Sonnenlichts ausschlaggebend sein sollten. Doch selbst solche Strahlen haben noch einen Weg durch verschieden hohe Atmosphärenschichten genommen. Hinzu kommt, daß die Erdschattengrenze stets diffus und vom Kontrast zur Umgebung abhängig ist.

Gruß Elmar

[Claudia Hinz]

Hallo,

also ich denke, daß die Ozonschicht keinesfalls einen eigenen Schatten werfen kann, sondern allenfalls für die leichte Blaufärbung des Erdschattenbogens verantwortlich ist. In welchem Buch hast Du das denn gelesen? Vielleicht ist es eine ungenaue Übersetzung, wie man es leider oft in übersetzten Büchern der atmosphärischen Optik findet?

LG Claudia

[Alexander Haußmann]

Hallo,

ich erinnere mich, etwas in der Richtung bei Götz Hoeppe (Blau - Die Farbe des Himmels) gelesen zu haben. Google Books hat die englische Version (Why the sky is blue: discovering the color of life) als Vorschau da, die Seiten 254 und 255 behandeln die Forschungen von Jean Dubois zu dem Thema. Demnach spielt die Ozonschicht beim Erdschatten schon entscheidend mit rein.

Gruß, Alex

[StefanK]

Hallo zusammen,

Ozon absorbiert langwelliges Licht (rot, orange) besonders stark. Andererseits wird der Blauanteil in der unteren Atmosphäre stark gestreut, weshalb die untergehende Sonne rötlich verfärbt ist. Folglich hat auch die Gegendämmerung erst einmal eine rötliche Farbe ("Belt of Venus"). Von dem Sonnenlicht, das nicht nur den langen Weg durch die untere Atmosphäre zurücklegt, sondern aus geometrischen Gründen zusätzlich noch durch die Ozonschicht fällt, geht ein Großteil des langwelligen Lichts ebenfalls verloren. Ein Bereich des Himmels, welcher so liegt, dass Licht dorthin einen langen Weg durch die untere Atmosphäre und durch die Ozonschicht zurücklegt, wird folglich dunkel erscheinen. Es handelt sich aber nicht um einen Schatten, sondern um das Ergebnis einer doppelten Lichtfilterung. Wenn schon müsste man nicht vom Schatten der Ozonschicht, sondern vom Schatten der Atmosphäre sprechen.
Trotzdem spielt dabei aber m.E. der Schatten des festen Erdkörpers die entscheidende Rolle, denn der Erdschatten zieht erst zum Zeitpunkt des Sonnenuntergangs auf. Wenn es sich um ein rein atmosphärisches Filterungs-Phänomen handeln würde, sollte es sich ja bereits etwas früher bemerkbar machen. Die Ozonschicht trägt also lediglich zur optischen Verstärkung des Erdschattens bei.

Viele Grüße aus Bonn!

Stefan

[Elmar Schmidt]

Hallo an alle Diskutanten,

habe nochmals nach der Paradoxie einer schattengebenden Hochatmosphäre bei Mondfinsternissen geschaut. Zunächst ist die Schattenvergrößerung ein vielfach gemessener Effekt, auch wenn die in den verschiedenen Arbeiten behauptete Größe zw. 1 und 2% schwankt, vgl.

http://eclipse.gsfc.nasa.gov/LEcat5/shadow.html

Beides führt jedoch so hoch (60-120 km) über die bei 50 km endende Stratosphäre hinaus, wo ein Feinvakuum vorliegt und so gut wie kein Aerosol (Ausnahme leuchtende Nachtwolken), daß von dort selbst auf langem Strahlweg keine Schwächung mehr glaubhaft zu machen ist.

Experimentell wurde daher zu zeigen versucht, daß die Beobachtungen einen Kontrasteffekt an der unscharfen Kern-/Halbschattengrenze darstellen, siehe etwa

http://www.newtonphysics.on.ca/astronomy/index.html

Zu berücksichtigen ist jedoch die FÄRBUNG des Erdschattens durch atmosphärische Beiträge, weil streifend durch die niedrige Atmosphäre laufendes Licht wie von einer Sammellinse in den Erdschatten hinein gebrochen und durch Absorption dabei eingefärbt wird. Dabei wird das stark gerötete troposphärische Licht (0-10/15 km) bis in und über die Kernschattenmitte hinaus gebrochen. Dieser Beitrag bewirkt bekanntlich die generell orange bis rostrote Färbung des verfinsterten Mondes.

Das durch die Ozonschicht (ca. 18-28 km Höhe) gelaufene Licht sorgt für den bei Mondfinsternissen mitunter deutlich sichtbaren bläulich-türkisfarbigen Innenrand des geometrischen Schattens; denn die durch Raytracing ausgerechnete Größe der Brechung beträgt etwa 10% des Schattenradius', was am Mond (wo der Erdschatten noch 4600 km bzw. 41' groß ist) zu jenem 4' breiten inneren bläulichen Saum führt.

In der niederen Atmosphäre gestreut, hat der Erdschatten indessen praktisch noch den Radius der Erde selbst, erhebt sich deshalb über fast 180 Grad des Horizontes und hat sein Zentrum bei den Antipoden, genau genommen bei (90 Grad minus Maximalhöhe der Schattengrenze) unterm Horizont. Sollte sich der zu 10% von der Ozonschicht eingefärbte Bereich "im Nahfeld" bereits ausgebildet haben, und das ist m.E. für die unter einem klaren Dämmerungshimmel vorliegende hohe Sichtweite wahrscheinlich, erstreckt er sich folglich über ca. 10 Grad!

In diesem Sinne enthält also das Streulicht im GESAMTEN atmosphärischen Erdschatten (auch) Anteile von Sonnenlicht, die durch die Ozonschicht gelaufen sind. Der Erdschatten wird demnach zwar nicht von der Ozonschicht geworfen, aber durchaus von ihr aufgehellt, also in seinen Eigenschaften beeinflußt.

Von daher hatten gewissermaßen alle Einsender recht, wann hat man das schon einmal...

Viele Grüße

Elmar

[Claudia Hinz]

Lieber Elmar,

vielen Dank für Deine detaillierten und nachvollziehbaren Ausführungen.

Hab mir heut morgen mal wieder die Hände abgefroren und das Blau des Erdschattens fotografiert. Es ist erfahrungsgemäß leider nur oberhalb einer Inversionsschicht, also bei extrem sauberer Luft so gut zu sehen.

LG Claudia

[Alexander Haußmann]

Hallo allerseits,

ich wollte zur Ergänzung noch erwähnen, dass neben dem Mond auch die Leuchtenden Nachtwolken als "Projektionsschirm" für den Erdschatten dienen können. Das hat auch mit ihrer ziemlich konstanten Höhe zu tun. Letztens habe ich ein paar Bilder der 2009er Saison analysiert, wobei die Oberkante der NLC (aus der Beobachtersicht) recht gut mit einer Höhe von 25 km für die undurchsichtige Atmosphäre zusammenpasst (d. h. die unteren 25 km der Atmospäre werfen Schatten auf die NLC). Die manchmal zu beobachtende Blaufärbung der NLC am oberen Rand ist sicherlich auch durch die Ozonabsorption verursacht.

Gruß, Alex

[Bertram Radelow]

Hoi Stefan,

Andererseits wird der Blauanteil in der unteren Atmosphäre stark gestreut, weshalb die untergehende Sonne rötlich verfärbt ist. Folglich hat auch die Gegendämmerung erst einmal eine rötliche Farbe ("Belt of Venus").

Genau das habe ich bis heute nicht kapiert. Rötliche Sonne - ja. Aber wieso "folglich" auch eine rote Gegendämmerung?

Auf dem untersten Foto von diesem Post sieht man Erdschatten und vorgelagerte Gegendämmerung sozusagen von der Seite (von Süden), und ich kapiere immer noch nicht, was ich da eigentlich sehe. Eine rückwärts gestreute Abenddämmerung im Westen? Es sollte doch blau gestreut werden
(Das grosse Tal im Foto verläuft von SW - links - nach NO - rechts)

Die Gegendämmerung scheint in niederen Höhen zu entstehen, denn der Schatten(strahl) des Berges lässt sie verschwinden und man sieht durch diese Zone hindurch den Erdschatten bzw. normalen Himmel. Nebenbei: ich habe den Erdschatten hier noch nie bunt gesehen (und auf Berggipfeln auch nicht), er hat immer diese einheitliche blaugraue Farbe.

Und wenn die Gegendämmerung wirklich eine Rückprojektion der Abenddämmerung ist - wieso ist sie nur am anderen Horizont und nicht am ganzen Himmel, also z.B. im Zenit - da sollte es doch viel besser streuen? Und ausserdem ist die "echte" Dämmerung bei Gegendämmerung NIE so intensiv wie letztere.

ein unverständiger Bertram

[Elmar Schmidt]

Hallo Bertram,

zur Farbabfolge der Gegendämmmerung war schon einmal hier etwas mitgeteilt worden:

http://www.meteoros.de/php/viewtopic.ph ... %E4mmerung

Sie ist wegen der Unterschiede keine Projektion der Dämmerung. Daß der noch beleuchtete Himmel generell zum Horizont hin an Bläue verliert, ist selbst am Taghimmel deutlich, wo dieser Bereich weißlich aussieht.

Daß dieser Bereich für niedrige Sonnenhöhe rötlich wird, hat m.E. damit zu tun, daß sowohl das beleuchtende als auch das rückgestreute Sonnenlicht von da sehr viel längere Wege läuft als das von oben kommende. Die effektive (für p =1 bar=const.) zenitale Höhe der Lufthülle liegt bei 10 km, während für flache Strahlen gut und gern Sichtweiten und Laufwege von 50-100 km und mehr erreicht werden.

Gruß Elmar

[StefanK]

Hallo Bertram,

ja, eigentlich sollte sich das Abendrot über den gesamten Himmel erstrecken, also auch in Zenitnähe. Dass der Himmel dort blau bleibt, liegt wiederum an der Ozonschicht, welche insbesondere im orangenen Spektralbereich stark absorbiert. Was man da sieht ist eben nicht das Tageshimmelblau, sondern das Ozonblau.

Viele Grüße aus Bonn!

Stefan

[Elmar Schmidt]

Hier das veranlassende Zitat (engl. Übers. von Hoppe, Dank an Yasmin A. Walter):

"Perhaps we should actually refer to it as the colored shadow of the ozone layer rather than the Earth shadow. ..."

Okay, sein Buch war ein Bestseller, aber so exakt ist diese Beschreibung dann doch nicht, besser lautete sie:

"...the Earth's outer shadow colored by [light filtered in and refracted from] the ozone layer"

Elmar


PS: in Casatis Buch werden übrigens so gemeine Fragen erörtert, was das denn für ein grüner Leuchtfleck auf dem Boden ist, wenn man eine Flaschenglasscherbe in die Sonne hält: Licht oder Schatten von ihr...?