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11.05.11 · 12:40 Uhr
Warum ist es im Sommer länger hell und wann wird es richtig dunkel?
Kategorie: Naturwissenschaften·Umwelt · Kommentare: 26
So langsam wird es wieder sommerlich in Deutschland. Wenn man nach den Pflanzen geht, dann beginnen Frühling und Sommer ja dank des Klimawandels immer zeitiger: sie beginnen immer früher zu blühen. Unbeeindruckt von der Änderung des Klimas ist die Bewegung der Erde und auch an ihr merken wir, dass es Sommer wird. Denn die Tage werden immer länger; es bleibt immer länger hell. Aber warum?
Ob und wie stark die Tage im Sommer länger werden, hängt davon ab wo auf der Erde man sich befindet. Wer so wie ich Verwandte sowohl im Norden (Hamburg) als auch im Süden (Österreich) hat, der kennt das ja vielleicht: die nördliche Verwandschaft sitzt noch bei Tageslicht draussen im Garten während die südlichen Bekannten schon die Lichter einschalten mussten. Das kann man auch immer gut bei Liveübertragungen aus nördlichen/südlichen Regionen beobachten.
Das die Tageslänge abhängig vom Breitengrad unterschiedlich lang ist, gibt schonmal einen ersten Hinweis auf die Ursache. Denn auch ein anderes Phänomen ist in seiner Ausprägung abhängig von der Position auf der Erde: die Jahreszeiten. Was auch nicht weiter überraschend ist; immerhin ist die Tageslänge eines der bestimmenden Merkmale der jeweilgen Jahreszeit ;)
Die Jahreszeiten haben nicht direkt etwas mit der Bewegung der Erde um die Sonne zu tun. Die Erde erreicht ihren sonnennächsten Punkt im Januar und abgesehen davon finden unterschiedliche Jahreszeiten gleichzeitig auf der Erde statt. Wenn auf der Nordhalbkugel Sommer ist, ist im Süden Winter und umgekehrt. Die Jahreszeiten haben eine andere Ursache und das ist die Neigung der Erdachse. Die Achse, um die sich die Erde täglich einmal dreht steht nicht genau senkrecht auf die Ebene, in der sie sich um die Sonne bewegt sondern ist um etwa 23 Grad aus der Senkrechten geneigt. Während eines Umlaufs der Erde um die Sonne ist also einmal die Nordhalbkugel der Sonne zugewandt und einmal die Südhalbkugel. Der unterschiedliche Winkel, in dem die Sonnenstrahlen im Norden bzw. Süden auf die Erdoberfläche treffen führt dazu, dass sie unterschiedlich stark wärmen und deswegen ist es im Winter kälter als im Sommer.
Die geneigte Erdachse ist aber auch für die unterschiedliche Tageslänge verantwortlich. Das kann man an diesem Bild hier erkennen:
Das Bild ist nicht maßstabsgetreu - die Sonne, die hier von links auf die Erde strahlt ist natürlich viel größer und weiter weg. Man sieht aber gut, dass dank der Neigung der Erdachse gerade die südliche Hemisphäre der Sonne zugewandt ist. Der Nordpol liegt komplett im Dunkeln; keine Sonnenstrahlen erreichen ihn. Hier herrscht ständig Nacht und am Südpol ist es dagegen ständig hell. Diese ungleichmäßige Beleuchtung setzt sich auch in den gemäßigteren Breiten fort. Im Bild oben herrscht gerade Winter auf der Nordhalbkugel. Der beleuchtete Bereich der Kugel (in gelb) ist umso kleiner je weiter man nach Norden kommt. Die rot/schwarzen Linien zeigen an, wie lang jeweils der Tag (rot) und die Nacht (schwarz) sind. Im nördlichen Europa ist es nun lange dunkel aber je weiter man nach Süden kommt, desto länger wird der Tagbogen. Die Erde bewegt sich aber weiter um die Sonne herum bis irgendwann die nördliche Hemisphäre der Sonne zugewandt ist. Nun sind die Tage länger als die Nächte und zwar umso stärker je weiter man nach Norden kommt. Überschreitet man eine gewisse Grenze - den Polarkreis - dann geht die Sonne für eine bestimmte Zeit überhaupt nicht mehr unter!
Bei uns in Deutschland aber verschwindet die Sonne immer irgendwann hinter dem Horizont. Dann wird es aber nicht schlagartig finster sondern es folgt erst die Dämmerung. Hier unterscheidet die Astronomie verschiedene Dämmerungsarten. Direkt auf den Sonnenuntergang folgt die bürgerliche Dämmerung. Sie ist zu Ende, wenn die Sonne ganze sechs Grad unter dem Horizont steht. Dann ist es schon ziemlich dunkel, man kann ein paar Sterne erkennen - aber es wird noch dunkler! Es herrscht nun die nautische Dämmerung und erst wenn die Sonne 12 Grad unter dem Horizont steht, ist sie zu Ende. Man kann jetzt schon viele Sterne sehen - unter anderem die, die wichtig sind um mit nautischen Instrumenten die Position zu bestimmen (daher auch der Name). Gleichzeitig ist es aber immer noch nicht völlig dunkel und am offenen Meer kann man noch den Horizont erkennen (was ebenfalls wichtig ist, um die Position bestimmen zu können). Wirklich komplett dunkel ist es erst, wenn die Sonne 18 Grad unter dem Horizont steht. Dann ist die astronomische Dämmerung zu Ende; die Nacht beginnt und ist dunkel genug für sensible astronomische Messungen.
Befindet man sich zur richtigen Zeit nördlich des Polarkreises, dann gibt es gar keine Dämmerung: es ist immer hell. Weiter südlich verschwindet die Sonne zwar hinter dem Horizont, es kann aber passieren, dass es keine echte Nacht gibt und zum Beispiel die bürgerliche Abenddämmerung direkt in die bürgerliche Morgendämmerung übergeht (d.h. die Sonne nie tiefer als 6 Grad unter dem Horizont steht). Das sind sogenannte "Weiße Nächte" und man erlebt sie auf allen Breitengraden größer als 60.561° (zum Beispiel in St. Petersburg). In Deutschland sinkt die Sonne immer unter sechs Grad, die nautische Dämmerung beginnt also jede Nacht. Aber nicht immer wird sie auch beendet! Bei Breitengraden größer als 54.561° gibt es zu bestimmten Zeiten im Sommer keine astronomische Dämmerung und die Nacht wird nie richtig dunkel. Das kann man z.B. im Norden Schleswig-Holsteins erleben oder auf Rügen. Im Rest von Deutschland beginnt immer die astronomische Dämmerung aber wenn man sich in Breiten nördlicher als 48.561° befindet dann wird es auch hier im Sommer nicht immer komplett dunkel und die astronomische Abenddämmerung geht direkt in die astronomische Morgendämmerung über. Will man auf jeden Fall eine echte, dunkle Nacht erleben in der die Sonne mindestens 18 Grad unter dem Horizont steht, dann muss man nach Bayern, (West)Österreich oder Italien fahren.
Für die Astronomen ist natürlich oft ärgerlich, wenn es im Sommer nur so kurz dunkel ist. Dann hat man weniger Zeit für Beobachtungen. Aber andererseits ist es auch schön, wenn man abends noch lange das Tageslicht geniessen kann und es draussen schön warm ist. Also: ich wünsche allen Leserinnen und Lesern einen schönen, warmen und hellen Sommer!
Autor: Florian Freistetter· 26 Kommentare· Permalink· Trackback-URL
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Kommentare (26)
Und wiedermal sehr schön erklärt, danke Florian.
Aber eins würde ich gerne noch wissen:
kann man das auch mit bloßem Auge erkennen? Bin ja etwa auf dem 51. Breitengrad zuhause (Chemnitz), aber wenn ich rausschaue, ist es für mich schon sehr dunkel, oder ist dies nur noch mit "Messinstrumenten" zu erkennen?
Das Problem ist, dass sich unser Gehirn an die herrschenden Lichtverhältnisse anpasst, nach ca. 15-20 min gewöhnt man sich an die Dunkelheit, und da man die "reale Helligkeit" nicht einschätzen kann, merkt man es nicht. es ist halt Dunkel. Aber im Sommer wird es selbst zur Mitternacht nie so Dunkel wie im Winter.
Faktisch kannst Du es aber überprüfen, indem Du Dir einen Stern aussuchst, den man gerade noch so mit blossen Auge sehen kann, dessen Helligkeit bei mag 4 bis 5 liegt. Den dürftest Du im Hochsommer bei "nicht ganz so dunkler Nacht" schwer erkennen können. Im tiefsten Winter dagegen schon.
@ Florian: toller Artikel.
@ Ex-Esoteriker: Aus der Stadt heraus wird das wohl schwierig. Der Himmerl wird hat nicht mehr richtig dunkel. Ein Vergleich der gerade sichtbaren Sterne könnte der weg sein. Bei absoluter Dunkelheit (weit von jeder Stadt) sollte man Sterne bis zur 6. Größenklasse und evt. sogar eine halbe Größenklasse mehr (als 6,5.) sehen, im Sommer ist das natürlich dann weniger. Aber dem Laien fällt das kaum auf.
Ja - genau das was HaDi schreib wollte ich auch gerade vorschlagen. Oder du besorgst dir sowas hier: http://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2009/04/lichtverschmutzung-selber-messen.php
Kallewirsch·
11.05.11 · 13:12 Uhr
Müsste man eigentlich. Wenn der Himmel nicht richtig dunkel wird, sieht man die schwachen Sterne nicht mehr, die in einer richtig dunklen Nacht noch problemlos auffindbar sind. In der Stadt selber? Dann hast du sowieso ein Handicap. In der Stadt und in Stadtnähe wird der Himmel sowieso nicht mehr richtig dunkel. Zuviel Lichtverschmutzung. Du musst das probieren, wenn der Tagbogen auch tatsächlich am längsten ist, die Nacht also am kürzesten. Und das ist der Fall, wenn die Sonne ihren nördlichsten (höchsten) Punkt erreicht hat: zur Sommersonnenwende am (oder um den) 21. JuniWas ich mich immer gefragt habe:
Wenn es nur auf den Winkel ankommt, in dem die Sonnenstrahlen auf den Erboden treffen, dann müsste man doch auch im Winter eine größere Fläche auf sommerliche Temperaturen erwärmen können, indem man sie entsprechend ausrichtet.
Soweit zu meiner "naiven" Vorstellung aus jungen Jahren. :-)
Tatsächlich kommt auch noch ein 2.ter Effekt dazu. Wenn die Sonne im Winter nicht so hoch steigt, treffen zwar die Strahlen durchschnittlich in einem flacheren Winkel auf den unebenen Boden ein, aber: sie haben zusätzlich auch noch einen längeren Weg durch die Atmosphäre, geben also auf dem Weg durch die Lufthülle mehr Energie an die Luft ab, als wie wenn sie direkt von oben auf geradem Weg 'einschlagen''.
@Kallewirsch: Naja - stell dir einen Kreis vor der von der Sonne in Richtung Erde "gestrahlt" wird und in dem eine gewisse Menge Energie steckt. Am Äquator trifft der Kreis senkrecht auf und die Energie wird auf eine kleine Fläche verteilt. In der Gegend des Nordpols trifft der Kreis schräg auf die Erdoberfläche und die Energie verteilt sich auf eine größere Fläche; die Energiedichte ist als geringer. Hmm - das müsste man jetzt zeichnen. Hier hats jemand getan: http://www.virtual-maxim.de/wp-content/uploads/2010/06/sonne-strahlen-winkel.png
Danke für eure Tipps.
Stimmt, als Stadtkind (auch noch ein früh-ins-Bett-geher) hat man es nicht einfach, dennoch sehr interessant, dass der Himmel über mir nicht "richtig" Dunkel wird.
Schade, dass es SB nicht schon zwischen 1995-2000 gab, da war mein Interesse allg. der Astronomie höher gewesen. Und wer weis, vielleicht währe ich nie in die Esoecke abgedriftet.
@ Kallewirsch
Dazu kommt noch, dass die Sonne im Winter wesentlich kürzer über dem Horizont steht als im Sommer, immerhin beinahe 8 Stunden unterschied in unseren Breiten. Die Sonne hat da faktisch nur die Hälfte der Zeit zum Erwärmen des Bodens.
@ Florian
kennst Du die Dia-Serie "Bewegungsverhältnisse im Sonnensystem"? Die kann man frei verwenden und da ist ein schönes Dia zu diesem Thema.
Also, ich glaube, Kallewirsch hatte eine etwas andere Frage gestellt: man stelle sich etwa eine schwarze Kugel vor, die ja aus jedem Winkel gleich aussieht und deswegen auch im Winter nicht "falsch" ausgerichtet ist. Die wird doch trotzdem im Sommer heißer?
Ich glaube, das liegt tatsächlich am längeren Weg durch die Atmosphäre. Vielleicht hilft hier http://de.wikipedia.org/wiki/Luftmasse_%28Astronomie%29 . Natürlich ist im Sommer die Umgebungstemperatur höher und die Sonne scheint auch länger, aber dass die Atmosphäre sich mehr bemerkbar macht, wenn die Sonne tief steht, kann man ja schon an der Verfärbung beim Sonnenaufgang erkennen.
Jetzt bleibt nur noch die Frage, ob eine Solarzelle am Äquator mehr Strom erzeugt oder eine, die im Sommerhalbjahr (März-September) auf der Nordhalbkugel und im Sommerhalbjahr (September-März) auf der Südhalbkugel angebracht ist und immer schön auf die Sonne gezielt wird.
Frage ist übertrieben.
Ich wollte nur darauf hinweisen, dass der Unterschied Sommer/Winter nicht einfach nur durch den schrägeren Auftreffwinkel (und damit größere Verteilung, wie FF dann noch erläutert hat) zustande kommt, sondern dass da auch noch andere Effekte mitspielen, die allerdings auch wieder damit zu tun haben, dass die Erdachse schräg steht.
Sozusagen: ganzheitliches Denken, wenn mir der Ausdruck erlaubt ist :-)
Dann muss man halt zumindest als Hobby-Sterngucker schon früher anfangen, nen Filter vors Teleskop schrauben und die Sonne selbst beobachten. Is auch spannend. Die Krönung wär dabei natürlich ein ISS-Transit inkl. Shuttle:
http://images.nationalgeographic.com/wpf/media-live/photos/000/210/cache/space96-iss-atlantis-sun-transit_21003_600x450.jpg
@ Ex-Esoteriker:
Zu deiner Ausgangsfrage, ob man die "weißen Nächte" um die Sommersonnenwende herum wahrnehmen kann:
Heute würde ich das für deinen Standort verneinen. Aber: mir fiel auf, dass einer meiner Lieblingsschriftsteller, nämlich Jean Paul (1763 - 1825) in mehreren Romanen das sommerliche Dämmerungslicht in der Mitte der Nacht beschreibt. Jedenfalls zu dieser Zeit ohne relevante Lichtverschmutzung sollte es also möglich gewesen sein. Zur Erinnerung: Jean Paul arbeitete hauptsächlich in Oberfranken (Hof, Bayreuth), Leipzig und Weimar.
@Kallewirsch: Wenn man den Raum um die schräge Zielfläche entsprechend isoliert, wird es dort durchaus fast so heiss wie im Sommer. Moderne Häuser mit grosser Glasfront, die leicht schräg gegen die Sonne gerichtet ist, kommen Mittags im Winter ohne Heizung aus und die erreichten Temperaturen sind ziemlich sommerlich.
Die Jahreszeiten sind gegenüber dem Sonnenstand eh verzögert (der Sommer beginnt im Juni und hat nicht schon seine Mitte erreicht zur Sommersonnenwende), da Boden und Meere erstmal aufgeheizt werden müssen bzw. zum Winter hin abgekühlt.
@AndreasM
Danke, da kam die Antwort schneller, als ich die Frage getippt habe.
Ich hörte kürzlich aber, dass man von Belgien nach Osten reise müsse, wenn man einen richtig langen Frühling haben will (oder eher umgekehrt, wenn man Allergiker ist). Der Vollfrühling ist so um die zwei Wochen verschoben. Das hat aber wenig mit der Achsneigung zu tun, oder? Richtung Norden wäre mir logischer vorgekommen.
@ Kallewirsch
Zum zweiten Effekt ist zu sagen, dass die Atmosphäre durch die Sonneneinstrahlung praktisch nicht erwärmt wird. Die Umwandlung des Sonnenlichts in Wärme, infrarote Strahlung, geschieht erst durch die Wechselwirkung mit dem (Erd-)Boden. Die Luft wird dann durch den erwärmten Boden "energetisiert" ( ;-) ).
Der flachere Einfallswinkel im Winter würde auch nur in wenigen Minuten vor Sonnenunter- bzw. nach Sonnenaufgang relevant sein, ansonsten ist das bisschen Weg durch die Atmosphäre nicht wirklich spürbar.
Die infrarote (Wärme-)Strahlung ist es dann auch, die nicht mehr durch Glasscheiben (oder CO2-angereicherte Atmosphäre) nach außen dringen kann, wo vorher das sichtbare Licht problemlos hindurch kam.
man kann es auch einfacher formulieren:
Im Sommer ist es warm!
und bei Wärme dehnen sich die Sachen aus.
Also sind die Tage länger!
QED
OK. Danke für die Aufklärung und zur Kentniss genommen.
Dann waren wohl meine Informationen falsch oder ich habe da im Laufe der Jahre was durcheinandergewürfelt. Wahrscheinlich letzteres.
@ Philip
Eine Solarzelle ist ein schlechtes Beispiel.
Die die erzeugt an sonnigen Wintertagen mehr Strom als im Sommer.
Das liegt aber daran das die hohe Temperatur im Sommer den elektrischen Widerstand in der Zelle erhöht.
wo kommen eigentlich die Schritte von je 6 Grad zwischen den Dämmerungsarten her? Konvention? Tiefere Gründe? Könnte man z.B. auch 0°-3°, 3°-10° und 10°-20° ansetzen?
@jochen
@ Franz Huber / Kallewirsch
Danke für den Hinweis bezüglich Air Mass bzw. Luftmasse.
Leider habe ich noch nicht herauslesen können, wie stark energiemindernd sich dieser Index bemerkbar macht. Auf jeden Fall wird er aber m.E. nach erst relevant oberhalb eines Zenitwinkels von 60° (AM = 2), von wo aus er in den steilen Teil der Exponentialfunktion übergeht.
Ich habe versucht, mir die Situation grafisch vor Augen zu führen und ein Bildle gemalt, das ich hier hoffentlich eingestellt kriege:
http://wortbildwerkstatt.de/gast/atmosphaerenweg.jpg
Hier ergibt sich für den Extrempunkt "Nördlicher Polarkreis" ein Verhältnis von 1:2,32 in der Weglängendifferenz, für einen Ort auf 48° nördl. Breite von 1:1,832. Jeweils bezogen auf das Verhältnis von tiefstem zu höchstem Sonnenstand im Lauf des Jahres.
Also ist der Weg durch die Atmosphäre im Winter für einen Punkt am Polarkreis mehr als doppelt so lang. Bei uns etwas weniger als doppelt so lang.
Wie gesagt, ich habe noch keine Information darüber gefunden, wie groß die Energieminderung sich tatsächlich auswirkt. Bei den ganz flachen Winkeln wird aber tatsächlich die Reflexion einen bedeutenden Anteil ausmachen.
Meine Argumentation ggü. Kallewirsch aber bezog sich nur auf die Erwärmung der Atmosphäre. Und diese ist meines Wissens praktisch nicht durch das sichtbare Licht gegeben. Erst die Infrarote Strahlung des Erdbodens ist in der Lage, die Luft zu erwärmen. So lernt man es jedenfalls als Segelflieger...
Wenn aber Kallewirschs Frage schlicht auf die verfügbare Energiemenge durch die Sonneneinstrahlung abzielte, bspw. für Solarzellen, gilt natürlich der Effekt des Luftmassenindexes, wenn auch in der Praxis nicht gar so stark, wie die Antwort von Franz Huber impliziert.
Oder?...
@ Engywuck
Engywuck·
12.05.11 · 22:51 Uhr
wo kommen eigentlich die Schritte von je 6 Grad zwischen den Dämmerungsarten her? Konvention? Tiefere Gründe? Könnte man z.B. auch 0°-3°, 3°-10° und 10°-20° ansetzen?
Die Schritte sind beobachtungstechnisch bedingt. Die bürgerliche Dämmerung (6°) endet wenn die hellsten Planeten und Sterne erster Größe zu sehen sind, die nautische Dämmerung (12°) endet wenn Sterne bis zur 3. Größe zu sehen sind und imwesentliche die hellen Sterne die die markanten Sternbilder bilden zu erkennen sind. Zu dieser Zeit ist auch schon der Polarstern sichtbar.
Das Ende der astronomischen Dämmerung ist erreicht, wenn es völlig dunkel ist und alle mit bloßen Auge erkennbaren Sterne zu sehen sind. Da nun die Sonne im Sommer um den Termin der Sommersonnenwende nicht mehr die 18° unter dem Horizont erreicht, sind in diesen Nächte auch nicht alle Sterne zu sehen.
Die Einteilung hat also schon ganz praktische Gründe.
abo
Die 6 Grad sind einfach relativ grobe Erfahrungswerte.
Die "Nautische" Dämmerung kommt übrigens daher, dass sie mit dem Verschwinden des Horizonts beginnt. Da der Horizont früher eine wichtige Orientierungshilfe für Seefahrer war, heißt sie daher nautisch. (Ich hoffe, das hat noch niemand geschrieben, der Thread ufert ja ein bisschen aus :D. Ist aber ne gute Sache!!)