Es ist eine sternenklare Nacht, keine Wolke in Sicht und die Sterne funkeln um die Wette. Aber warum eigentlich? Sitzt da jemand drin, der das Licht ständig an und ausknipst? Wir erklären, wie das Funkeln zustande kommt…
Die Erdatmosphäre ist der Grund!
Die Sterne an unserem Nachthimmel sind einerseits weit entfernte Galaxien, die jeweils aus einer Vielzahl von Sonnen bestehen und andererseits unzählige Sonnen in unserer eigenen Galaxie, der Milchstraße. Diese Sonnen beziehungsweise Sterne können von selbst leuchten. Die Planeten und ihre Monde, die sich ebenfalls in unserem Sonnensystem befinden, können hingegen nur das Licht unserer Sonne reflektieren, aber selbst keins Ausstrahlen.
Das Licht all dieser Sterne kann ungehindert den Weltraum durchqueren, denn der Weltraum ist ein luftleerer Raum – ein Vakuum! Es kommt zu keinen störenden Ablenkungen und somit auch zu keinem funkeln! So weit, so gut.
Unsere Atmosphäre ist kein Vakuum!
Aber um zu unserem Auge zu gelangen, muss der Lichtstrahl die Erdatmosphäre durchqueren und die ist natürlich kein Vakuum! Unsere Atmosphäre ist zwar weitestgehend durchsichtig, wenn man von Wolken, Smog etc. absieht, weist aber lokale Unterschiede in der Dichte auf – in der Nähe des Bodens hat sie eine höhere Dichte und in höheren Lagen eine geringere.
Das Funkeln der Sterne hängt ab von Dichte und Luftströmungen
Zudem ist die Atmosphäre gekennzeichnet durch permanente Luftströmungen als Resultat lokaler Temperaturunterschiede, sowie der Rotation der Erde und ihrer Neigung zur Sonne, wodurch verschiedene Gebiete der Erde unterschiedlich stark beleuchtet werden. In warmer Luft bewegen sich die Moleküle schneller als in kalter, wodurch sie auch mehr Platz in Anspruch nehmen. Die Dichte der warmen Luft ist somit geringer und dementsprechend ist warme Luft leichter als kalte – sie steigt auf. Kalte Luft hingegen weist eine höhere Dichte auf, da die Moleküle „dichter gepackt“ sind. Sie ist somit schwerer als warme und sinkt nach unten. Es ist also ständig Bewegung in der Atmosphäre. Da sich der Brechungsindex der Luft entsprechend ihrer Dichte verändert, wird das Licht der Sterne an den verschiedenen Luftschichten unterschiedlich gebrochen, bevor es auf unser Auge trifft. Somit ist durch die Bewegung der Luft ein anhaltendes Funkeln wahrnehmbar.
Kann man das Funkeln verhindern?
Je höher man beispielsweise ein Teleskop platziert und dadurch die Sterne beobachtet, desto geringer ist das Funkeln, da das Licht einen kürzeren Weg durch die Atmosphäre zurücklegen muss. Also, ab auf den Berg!
…oder direkt ins All! Da dort, wie bereits erwähnt, ein Vakuum herrscht und somit keine Ablenkungen des Lichtes stattfinden können.
Warum kann man das Funkeln der Sterne nicht bei Planeten oder dem Mond beobachten?
Manche Himmelskörper, die wir auf den ersten Blick als Sterne deuten, sind eigentlich Planeten. So zum Beispiel der hellleuchtende Morgen- beziehungsweise Abendstern, der in Wirklichkeit die Venus ist. Planeten sind größer und reflektieren somit auch mehr Licht, sprich, sie scheinen heller als die kleineren Sterne.
Bei größeren, helleren Flächen ist der Funkel-Effekt für uns also nicht mehr zu sehen. Gute Beispiele für große, nicht funkelnde Himmelskörper sind der Mond und die Sonne.
Licht und Optik auch bei uns…
Wer zum Thema Licht und Optik mit seinen Schülerinnen und Schülern im Physikunterricht experimentieren möchte, für den haben wir hier was:
https://www.phywe.de/de/lehrerversuche-optik-geraetesatz-demo-advanced-physik-ot.html#tabs3