Wolken und Atmosphäre

Nachtleuchtende Wolken im Juni 2019 - in der Dämmerung in Richtung Westen.

Nachtleuchtende Wolken entstehen in einer Höhe von 81 bis 85 Kilometern, wenn sich Eiskristalle in der Übergangsschicht zum Weltraum bilden. Der Meteorologe bezeichnet diese Schicht als Mesosphäre. In dieser Schicht befindet sich das absolute Temperaturminimum in unserer Atmosphäre.



    



Das Aufleuchten geschieht dann, wenn die Sonne zwischen 6 bis 16 Grad unter dem Horizont steht. Das kann nach dem Sonnenuntergang im Westen der Fall sein, tritt aber auch vor dem Sonnenaufgang im Osten auf.
Das Licht der Sonne reflektiert in den Eiswolken, die in dieser Höhe sonst kaum, oder nur als ganz zarte Schleier zu sehen wären.



Hier ein Link vom Arbeitskreis Meteore, der sich intensiv mit atmosphärischen Himmelserscheinungen beschäftigt.

https://www.meteoros.de/themen

Sonnenuntergang am 21.06.2022 dem Tag der Sonnenwende

Gewitterwolken am 18.09.2023 nordwestlich von Kassel, zwischen Arolsen und Wolfhagen

Das atmosphärische Seeing – ein Leben mit dem Luft-Geflimmer

Das Seeing hat an jedem Beobachtungsort ganz eigene und manchmal recht merkwürdige Gesetzmäßigkeiten. Wenn man lernt, diese zu beobachten und zu verstehen hat man es etwas leichter bei der Sonnen- und Mondfotografie. Der Deep Sky Fotograf hat hingegen kaum eine Möglichkeit dem atmosphärischen Seeing zu entkommen.

Das Seeing tritt eigentlich immer sporadisch auf und wechselt sekundenweise vom wabernden Luftflimmern, bis zur super ruhigen Luft auf. Diese Zeitspanne ist meistens sehr kurz, bevor das Geflimmere weitergeht. Das hängt oftmals mit den Luftwirbeln um benachbarte Häuser oder Bäume zusammen, die durchaus in mehreren hundert Metern Abstand stehen können. Je nach Windrichtung können sich diese Luftwirbel auch gegenseitig auflösen, was zu einer kurzen Beruhigung der Luft maßgeblich beiträgt. Liegt dann unser Beobachtungsplatz auf der Lee Seite einer solchen Strömung sollten wir sofort reagieren.

Auf dem Laptop kann man das Seeing wunderbar beobachten und die zeitlichen Abstände des durchziehenden „Luft-Gewabers“ zählen. Es ist zwar jeden Tag anders aber es zeigt sich immer ein regelmäßiger Rhythmus. Dabei spielen natürlich auch die oberen Luftschichten eine Rolle. Mal zählt man zwischen zwei ruhigen Phasen fünf Sekunden mal sind es über zehn Sekunden oder länger, bis die Luft mal wieder ruhiger wird.

Wenn die Luft ruhiger wird, wird ausgelöst. Bei 200 Bildern hat man immer über 100 gestochen scharfe Aufnahmen. Die Erfahrung hat gezeigt, dass es nicht viel nützt 1000 oder mehr Bilder vom Mond oder der Sonne zu machen. Je mehr Bilder wir zusammenrechnen, umso mehr Unschärfe bekommen wir in das Summenbild. Wir sollten unser Augenmerk auf eine kurze Belichtungszeit legen, um das Seeing auszutricksen.


Das Seeing im Fernrohr

Wer mit seinem Fernrohr mal eben so von der Terrasse oder dem Balkon aus beobachten will wird sich wundern, dass das Bild des Objekts seiner Begierde total unscharf und am Flimmern und Wackeln ist.
Das hängt mit der Luftunruhe zusammen, die im Fernrohrtubus entsteht, wenn das Fernrohr vom warmen Zimmer auf die kältere Terrasse oder den Balkon gestellt wird. Das Bild flimmert als wenn man im Winter über die Heizung hinweg nach draußen ins Freie schaut. Man unterscheidet zwei Arten des Seeings.

Einmal das Gerätebedingte Seeing, wie am Anfang beschrieben und zum Zweiten das atmosphärische Seeing das durch die unterschiedlichen Temperaturen innerhalb der Luftschichten besteht.
In den Astronomie-Foren gibt es unzählige Diskussionen über das Tubus Seeing und wie es zu vermeiden ist. Fakt ist, dass das Fernrohr mit seiner Optik die Außentemperatur haben muss damit man „nur“ noch das atmosphärische Seeing hat, welches wir nicht beeinflussen können. Ein offenes System wie ein Dobson Teleskop mit Gitter Rumpf wird schneller auskühlen als das geschlossene System eines großen Refraktors, eines Schmidt Cassegrain oder eine Maksutovs.


Aber:

Die Abkühlphase eines 40 Zentimeter durchmessenden Dobson Spiegels dürfte genauso lang dauern wie die Abkühlung eines 21 cm Cassegrain oder Maksutov Teleskops mit geschlossenem Tubus. Auch die schwere Linse eines 120er oder 150er Refraktors benötigt eine lange Zeit zur Temperatur Angleichung. Das heißt also: Einfach mal das Fernrohr rausstellen und den Jupiter oder den Saturn betrachten, geht nicht ohne Geflimmere.

Hier mal eine Tabelle über die Auskühlzeit eines 150er Maksutovs mit 1800 mm Brennweite.
Erst nach 90 Minuten hat eine Angleichung von Außen- und Tubus Innentemperatur stattgefunden.






Hier eine Tabelle und ein Text von Martin Raabe aus einer exakt durchgeführten Messung, die schon im Jahr 2003 durchgeführt wurde.
Die Tabelle zeigt die Luftunruhe im Fokus eine Maksutovs in Abhängigkeit zur Auskühlzeit.






In der Beugungsfigur zeigt sich extrafokal ein radialer Keil, intrafokal eine Delle. Das ist der Effekt der sich im Tubus einstellenden Konvektion aufgrund unterschiedlicher Temperaturen der verschiedenen Bauteile. Die Richtung der Störung ist immer in Gravitationsrichtung. Erst nach ca. 2 Stunden verschwindet auch dieser Effekt, und die Beugungsfiguren sind bei kleiner Defokussierung wirklich symmetrisch. In der unteren Zeile musste ich übrigens wegen einsetzendem Taubeschlag auf dem Meniskus vorzeitig einpacken.... (Textausschnitt von Martin Raabe)



Bei allen Überlegungen zur Beschleunigung des Abkühlprozesses sollte man folgende Überlegungen im Hinterkopf haben:
Das spezifische Gewicht von Glas beträgt 2,5 kg pro Kubik-Dezimeter. Das bedeutet, dass eine 150mm Meniskuslinse eines 150er Maksutovs mit einer Dicke von ca. 33 mm ein Gewicht von 1,5 Kg hat. Ähnliches gilt auch für einen Spiegel oder eine Refraktor Linse. Diese Glas-Masse der Umgebungsluft anzupassen geht nicht in zehn Minuten egal ob der Tubus des Fernrohrs offen oder geschlossen ist.

Weitere Versuche haben gezeigt, dass es möglich ist, die Luft durch den Okularstutzen mit einem Ventilator abzusaugen. Der Tubus ist keineswegs so dicht, dass ein Vakuum beim Absaugen entsteht. Wenn man mit einem Silikonschlauch, der an dem Okularstutzen angeschlossen ist, die Luft mit dem Mund aus dem Tubus abzusaugen versucht, kann man ganz normal einatmen ohne dass man das Gefühl hat, einen Unterdruck im Tubus zu erzeugen. Der Tubus eines Maksutov oder Schmidt Cassegrains lässt also zu, dass Außenluft durch die undichten Stellen zwischen den Rohr- und Optikfassungen einströmen kann. Es hat sich aber bei den Messungen gezeigt, dass durch Absaugen der Tubus- Innenluft keine schnellere Auskühlung erfolgt.

Das deutet darauf hin, dass die Innentemperatur nicht durch die darin enthaltene Luft gesenkt werden kann, sondern ausschließlich durch das Abkühlen des Tubus Rohres von außen. Der Absaugventilator hat also keinerlei Einfluss auf die Temperaturveränderung im Tubusinneren. Einziger Vorteil des Ventilators ist es, dass keine Außenluft in den Tubus durch den Okularstutzen einströmen kann und Schmutz oder Insekten keine großen Eintrittsöffnungen zum Eindringen haben.

Wenn der Tubus des Fernrohrs im Sommer aber ungeschützt in der Sonne steht kann der Absaugventilator allerdings die warme, angestaute Luft im Tubus relativ schnell entfernen. Diese wird aber immer wieder aufgeheizt und zwar so lange bis das Außenrohr abgekühlt ist. Es muss also so lange gewartet werden, bis der Tubus Außenmantel die Umgebungstemperatur angenommen hat. Der Luft- und Temperatur-Austausch innerhalb eines Fernrohres ist ein komplexer Vorgang, der sich im Sommer bei warmen Außentempertaturen anders verhält als im Winter, wenn es kalt ist.

Das Reizthema bei den Astronomen:

Die LICHTVERSCHMUTZUNG



Die Lichtverschmutzung ist heutzutage zu einem großen Thema geworden. Das Insektensterben und viele Dinge unseres alltäglichen Lebens werden durch andauernde künstliche Beleuchtung erheblich beeinflusst.

Auch den Astronomen ist die nächtliche Beleuchtung allerorts ein Dorn im Auge. Aber nicht nur das. Forscher haben in Langzeitstudien festgestellt, dass der Mensch der in Großstädten lebt, einem viel höheren Kunstlicht-Einfluss ausgesetzt ist als Jemand der abseits auf dem Land lebt. Die künstliche Beleuchtung in der Nacht verhindert die Bildung von Melatonin im Körper, welches zur natürlichen Abwehr des Körpers gegen die Bildung von Krebszellen beiträgt.

Künstliches Licht stört den natürlichen Tag-Nacht-Rhythmus. Gesunder Schlaf dient der Regeneration und fördert Lernprozesse und Infektionsabwehr. Durch den Einfluss hellen Lichts bekommen aber immer mehr Menschen Probleme mit dem Einschlafen oder schlafen generell schlechter. Licht in der Nacht bedeutet außerdem Stress für den Körper.
Es gibt sogar Hinweise darauf, dass Lichtverschmutzung durch zu viel künstliches Licht, Erkrankungen wie Depressionen fördern kann.

Die Ursache von Lichtverschmutzung:

Reflektiertes Licht wird von Partikeln in der Luft abermals reflektiert und in mehrere Richtungen abgestrahlt. Somit hellt Licht auch die Luftschichten auf.
Gerade Großstädte und Industrieanlagen sind Ursachen für Lichtverschmutzung. Über ihnen bildet sich nachts eine „Lichtglocke“, ein Zusammenspiel aus verschiedenen Lichtquellen.
Straßenlaternen, Reklamen, Flutlichtanlagen, Lasershows und Industriebeleuchtung sind einige der prominentesten Quellen.






Vor fünfundzwanzig Jahren erlebte Los Angeles aufgrund eines Erdbebens einen totalen Stromausfall. Die ganze Stadt wurde schlagartig  Dunkel. Der Notrufdienst, 911, wurde von panischen Bewohnern überschwemmt, die berichteten, dass "eine riesige silbrige Wolke" am Nachthimmel stand. Den Anrufern war nicht bekannt, dass sie die Milchstraße, den Arm der Galaxie, in der sich unser Sonnensystem befindet, zum ersten Mal am nächtlichen Himmel sahen. Einige dieser Stadtbewohner hatten noch nie zuvor in ihrem Leben einen dunklen, klaren Nachthimmel erlebt.






Auch bei uns in Deutschland haben fast die Hälfte der unter 30-jährigen noch nie die Milchstraße gesehen.





So würde die Milchstraße und der Himmel in einer ländlichen Gegend in unseren Breiten aussehen, wenn wir kein störendes Fremdlicht hätten.


    


Und so würde die Milchstraße in Brandenburg oder im Schwarzwald, fernab von menschlicher Beleuchtung, aussehen.