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Als '''Dämmerung''' bezeichnet man den fließenden Übergang der Lichtverhältnisse am Anfang und Ende des lichten Tages im Übergang zur Nacht, die aufgrund der Lichtstreuung in der Atmosphäre und des Sonnenstandes entsteht. Das wahrgenommene Licht wird als '''Dämmerlicht''' oder '''Dämmmerschein''' bezeichnet.

Begriffe

Man unterscheidet zwischen

Gemäß Definition ist der Sonnenaufgang der Moment, in dem die Oberkante der Sonnenscheibe den geozentrischen oder wahren Horizont überschreitet. Das bedeutet, die Morgendämmerung endet mit dem Erscheinen des obersten Randes der Sonnenscheibe über diesen Horizont. Umgekehrt beginnt die Abenddämmerung mit dem Verschwinden des obersten Randes der Sonnenscheibe unter diesen Horizont. Die Zeitspanne, während der die Sonnenscheibe auftaucht oder absinkt, gehört also zum Tag und nicht zur Dämmerung, auch wenn die Helligkeit der Sonne während dieser Zeitspanne noch zunimmt bzw. bereits abnimmt.

Im Dämmerungsverlauf lassen sich Phasen unterscheiden und danach abgrenzen, wie tief die Sonne unter dem Horizont steht. Hierfür wird der Sonnenstand unter dem Horizont angegeben als Tiefenwinkel der Sonnenscheibenmitte. Nach der Dämmerungstiefe werden üblicherweise drei Dämmerungsphasen unterschieden, deren Ende jeweils ein bestimmter Winkel terminiert, so abendlich

  • '''bürgerliche Dämmerung''' ? Lesen im Freien möglich (Tiefenwinkel bis 6 Grad)
  • '''nautische Dämmerung''' ? Horizont (Kimmlinie) noch/schon erkennbar und schon/noch einige Sterne sichtbar und anhand derer die Möglichkeit zur nautischen Navigation (Tiefenwinkel bis 12 Grad)
  • '''astronomische Dämmerung''' ? bis zur maximalen Dunkelheit tiefer Nacht (Tiefenwinkel bis 18 Grad)

Die Dauer der drei Dämmerungsphasen hängt von der Schiefe der scheinbaren Sonnenbahn beim Aufgang oder Untergang ab und damit von der geografischen Breite des Standorts und der Jahreszeit. Die Zeitspanne der bürgerlichen Dämmerung ist in derjenigen der nautischen enthalten, diese wiederum in jener der astronomischen Dämmerung. Am kürzesten währt die Dämmerung nahe dem Erdäquator zur Tagundnachtgleiche und ist dann bürgerlich 20 Minuten, nautisch 45 Minuten und astronomisch 70 Minuten nach Sonnenuntergang zu Ende. Am 50. Breitengrad dauern die drei Dämmerungsphasen rund 2 Stunden, sofern das astronomische Ende überhaupt erreicht wird, denn in den kurzen Nächten um die Sommersonnenwende geht die abendliche in die morgendliche Dämmerung über (''Mitternachtsdämmerung'' bzw. ?Weiße Nächte?). In Regionen ab rund 66° Breite, etwa dem Polarkreis, geht die Sonne zu diesem Termin nicht unter (Mitternachtssonne).

Infolge zahlreicher irdischer Beleuchtungsquellen ist vielerorts nach dem astronomischen Dämmerungsende kein völlig schwarzer Nachthimmel zu erleben; diese Aufhellung wird auch als Lichtverschmutzung bezeichnet.

Definition und Ursache

Physikalisch bedeutet Dämmerung die Zeitspanne, in der gestreutes Restlicht der Sonne, die unter dem Horizont steht, von einem Ort aus sichtbar ist. Sie dauert solange, wie die zur Zone des Dämmerlichts nachtseitig verbreiterte Tag-Nacht-Grenze über diesen Standort hinwegzieht. Dämmerungszonen gibt es auf allen Planeten mit einer Atmosphäre. Der Erdmond oder atmosphärelose Planeten wie Merkur haben hingegen keine Dämmerung, auf den hellen Tag folgt dort schlagartig die dunkle Nacht.

Die Streuung des Sonnenlichts in hohen Schichten der Erdatmosphäre ist der Grund für die Übergangsphase der Dämmerung. Diese Streuung erfolgt sowohl an der Luft selbst als auch an eventuell vorhandenen Partikeln (Aerosolen). Da Morgen- und Abenddämmerung in ihrer Ursache gleich und nur von ihrem Ablauf her unterschiedlich sind, wird hier zunächst nur die Abenddämmerung betrachtet.

Über einem Beobachter, für den soeben die Sonne untergegangen ist, werden die höheren Luftschichten noch längere Zeit von der Sonne beleuchtet. Diese Luftschichten streuen einen Teil des durchdringenden Sonnenlichts in die Richtung des Beobachters, dem sie daher mehr oder weniger hell leuchtend erscheinen. Der größte Teil des gestreuten Lichts wird nur wenig aus seiner ursprünglichen Richtung abgelenkt, und der Beobachter erblickt daher das hellste (überwiegend rötliche) Leuchten, wenn er in die Richtung schaut, in der die Sonne knapp unter dem Horizont steht. Licht, das den Beobachter aus anderen Richtungen des Himmels erreicht, ist um größere Winkel gestreut worden, was mit geringerer Intensität und mehr Blauanteil geschieht. Sonnenfernere Himmelsregionen erscheinen daher zunehmend dunkler.

Bürgerliche, nautische, astronomische Dämmerung

Der Sonnenuntergang dauert in Äquatornähe etwa 2 Minuten, in Mitteleuropa etwa 3?4?Minuten vom ersten Kontakt der Sonnenscheibe mit dem Horizont bis zu ihrem vollständigen Verschwinden. In der Astronomie werden für die anschließende Dämmerung drei Phasen unterschieden. Geht man vom Sonnenuntergang aus, verläuft die abendliche Dämmerung wie folgt:

  • Die ''bürgerliche Dämmerung'', auch ''zivile Dämmerung'', dauert in Deutschland durchschnittlich etwa 40?Minuten. Während die Himmelshelligkeit langsam abnimmt, werden zunächst die hellen Planeten sichtbar, insbesondere Venus und Jupiter. Gegen Ende der bürgerlichen Dämmerung kann ein gutes Auge bereits die hellsten Sterne bis zur 1. Magnitude erkennen. Die bürgerliche Dämmerung beginnt mit dem Sonnenuntergang und endet nach astronomischer Definition, wenn der Mittelpunkt der Sonnenscheibe 6?Grad unter dem wahren Horizont steht. Das ''Ende der bürgerlichen Abenddämmerung'' wird in der Luftfahrt mit dem Kürzel ECET bezeichnet, der ''Beginn der bürgerlichen Morgendämmerung'' mit BCMT.
  • Die ''nautische Dämmerung'' oder ''mittlere Dämmerung'' dauert länger als die bürgerliche Dämmerung. Im Verlauf dieser Dämmerungsphase können bereits Sterne bis zur 3. Größe und so auch die Züge von Sternbildern erkannt werden, während auf See die Kimm als Linie zwischen Meer und Himmel noch deutlich sichtbar ist. Damit sind die Bedingungen für eine nautische Positionsbestimmung mit dem Sextanten gegeben, bei der die Höhe bestimmter Sterne über dem Horizont gemessen wird. Die nautische Dämmerung endet nach astronomischer Definition, wenn der Mittelpunkt der Sonne 12?Grad unter dem wahren Horizont steht.
  • Die ''astronomische Dämmerung'' hält noch länger als die nautische Dämmerung an. Sie umfasst die anschließende Phase der Dämmerung, bis es nicht mehr dunkler wird, und endet, wenn der Sonnenmittelpunkt 18?Grad unter dem wahren Horizont steht. Erst dann beginnt in astronomischem Sinne die eigentliche Nacht ? das heißt, der Himmelshintergrund wäre ohne Restlicht künstlicher Lichtquellen völlig dunkel geworden.

Dabei hängt der Zeitpunkt des Einsetzens der jeweiligen Dämmerungsphase vom Längengrad und somit von der ''wahren Sonnenzeit'' ab. Ungefähr 24?Stunden benötigt die Erde für eine Rotation von 360° um die eigene Achse, gleichbedeutend mit ca. 4?Minuten pro Längengrad und rund 15° in einer Stunde. Zum Beispiel setzt in Berlin die Dämmerung etwa 30?Minuten früher ein als in Köln, das ca. 7° westlicher liegt.

Am Ende der Nacht, wenn der Sonnenaufgang bevorsteht, werden die Dämmerungsphasen in umgekehrter Reihenfolge bis zum Sonnenaufgang durchlaufen.

Die Definitionen der Dämmerungsphasen beziehen sich auf die so genannte ''geometrische Höhe'' der Sonne unterhalb des Horizonts. Die Refraktion und andere Einflüsse auf die beobachtete Sonnenposition bleiben daher unberücksichtigt. Zur individuellen Berechnung von Zeitpunkten, zu denen die Sonne bestimmte Höhen erreicht, siehe Sonnenstand.

Dauer

Die Dämmerungsdauer hängt zunächst vom Breitengrad des Beobachtungsstandortes ab. Am Äquator steht die scheinbare Sonnenbahn steil auf dem Horizont und die Dämmerung dauert nur kurz. Zu den Polen hin schneidet die Sonnenbahn den Horizont in flacherem Winkel und die Dämmerung dauert länger. Mit wachsender Äquatorferne können sich Dämmerungsphasen derart verlängern, dass eine abendliche in eine morgendliche übergeht. So kommt es in den nördlichen Zonen Europa, Asiens, Nordamerikas und der Südspitze Südamerikas zu bestimmten Zeiten im Jahr vor, dass eine Dämmerungsphase ohne Unterbrechung währt und eine tiefere Phase nicht mehr erreicht wird.

Auf einer gegebenen geografischen Breite hängt der Winkel, unter dem die Sonne untergeht, auch von der Jahreszeit ab, sodass die Dämmerungsdauern im Verlauf eines Jahres leicht schwanken. Die längsten Dämmerungszeiten werden jeweils zu den beiden Sonnenwenden erreicht. Die kürzesten Dämmerungszeiten treten nahe den Tagundnachtgleichen ein.

Abhängig von Jahreszeit und geografischer Breite ist die Dauer von Dämmerungsphasen also unterschiedlich. Als grober Anhalt für Breiten unterhalb des Polarkreises dauert die ''bürgerliche Dämmerung'' oder ''zivile Dämmerung'' etwa eine gute halbe Stunde, die ''nautische Dämmerung'' oder ''mittlere Dämmerung'' mehr als eine und die ''astronomische Dämmerung'' etwa anderthalb bis drei Stunden ? falls die Dämmerungsphasen durchlaufen werden.

Dauer der Dämmerung auf verschiedenen Breitengraden

Die Tabellen zeigen, um wie viele Minuten nach Sonnenuntergang die betreffende Dämmerungsphase endet, beziehungsweise um wie viele Minuten vor Sonnenaufgang sie beginnt. Auch am Äquator werden die längsten Dämmerungszeiten zu den beiden Sonnenwenden erreicht. Die kürzesten Dämmerungszeiten fallen mit den Tagundnachtgleichen zusammen.

Die Dauer der drei Dämmerungsphasen kann, ähnlich wie die Berechnung des Azimuts der aufgehenden Sonne, mit dem Seiten-Kosinussatz der sphärischen Trigonometrie berechnet werden. Dazu betrachtet man das Dreieck, das am Himmelszelt durch den Nordpol <math>(NP)</math>, den Zenit <math>(Z)</math> des Beobachters und durch die Position der Sonne aufgespannt wird. <math>\varphi</math> ist die geographische Breite des Beobachters und <math>\delta</math> die momentane Deklination der Sonne. <math>c</math> ist die Zenitdistanz der Sonne vom Betrachter aus gesehen. Die drei Seiten <math>a, b , c</math> des Dreiecks sind somit <math>a=(90^\circ -\delta)</math> und <math>b=(90^\circ - \varphi)</math>. Bei Sonnenaufgang ist die Zenitdistanz <math>c</math> der Sonne 90°. Für die Grenzen der drei verschiedenen Dämmerungsphasen hat die Sonne, die unter dem Horizont steht, eine Zenitdistanz <math>c=90^\circ + \sigma </math>, wobei <math>\sigma =</math> 6°, 12° oder 18° ist.

<math>\gamma</math> ist der Winkel am Nordpol zwischen dem Meridian des Beobachters und dem momentanen Meridian der Sonne für eine bestimmte Dämmerungsgrenze <math>\sigma</math>. <math>\gamma_{SR}</math> (SR=sunrise) ist der entsprechende Winkel bei Sonnenaufgang, also bei einer Zenitdistanz von 90°. Vom Moment, an dem die Sonne <math>\sigma</math> Grade unter dem Horizont steht bis zum Sonnenaufgang dreht sich die Erde um einen Winkel von <math>\Delta\gamma= \gamma-\gamma_{SR}</math>. Für die Drehung um den Winkel <math>\Delta\gamma</math> braucht die Erde

<math>t_{D}=\frac{\Delta\gamma}{360^\circ}\cdot 24</math> Stunden, <math>t_{D}=\frac{\Delta\gamma}{360^\circ}\cdot 1440</math> Minuten.

Die Winkel <math>\gamma</math> und <math>\gamma_{SR}</math> berechnen sich wie folgt:
{|
|style="width:25em"|Der Seiten-Kosinussatz lautet:
|style="text-align:right" |<math>\cos \gamma</math>
|=
|style="width:40em" |<math>\frac{\cos c - \cos a \cdot \cos b}{\sin a \cdot\sin b}</math>
|-
|So folgt für <math>\gamma</math>:
|style="text-align:right" |<math>\gamma</math>
|=
|<math>\arccos \left[ \frac{\cos c - \cos a \cdot \cos b}{\sin a \cdot\sin b} \right]</math>
|-
|Ersetzt man die drei Dreiecksseiten <math>a,b,c</math> folgt:
|style="text-align:right" |<math>\gamma</math>
|=
|<math>\arccos \left[ \sec \delta \cdot \sec \varphi \cdot (-\sin\sigma-\sin \delta \cdot \sin \varphi) \right]</math>
|-
|Bei Sonnenaufgang <math>(\sigma =0^\circ)</math> ist:
|style="text-align:right" |<math>\gamma_{SR}</math>
|=
|<math>\arccos \left[ -\tan \delta \cdot \tan \varphi \right]</math>
|}

und damit:

 <math>t_{D}(\varphi, \delta, \sigma) = \frac{\arccos \left[ \sec \delta \cdot \sec \varphi \cdot (-\sin\sigma-\sin \delta \cdot \sin \varphi)   \right] - \arccos \left[ -\tan \delta \cdot tan \varphi  \right] }{360^\circ } \cdot 1440\quad min</math>

Mit dieser Formel wird die Dauer der drei Dämmerungsphasen mit <math>\sigma= 6^\circ, 12^\circ, 18^\circ</math> als Funktion der Breite <math>\varphi</math> und der Deklination <math>\delta</math> berechnet.

<gallery widths="240" heights="160" caption="Dauer der Dämmerungsphasen in Abhängigkeit der geographischen Breite">
Datei:Dämmerung nördlicher Sommeranfang.png|300px|Nördlicher Sommeranfang
(Polarkreise bei 66.6° Nord und 66.6° Süd)
Datei:Dämmerung Herbst-Frühlingsanfang.png|Herbst- und Frühlingsanfang
(Polarkreise bei 66.6° Nord und 66.6° Süd)
Datei:Dämmerung nördlicher Winteranfang.png|Nördlicher Winteranfang
(Polarkreise bei 66.6° Nord und 66.6° Süd)
</gallery>

Beispiele

{| class="wikitable"
|+ Beobachter am Äquator (<math>\varphi=0^\circ</math>)
|-
! Tag
! Datum
! bürgerlich
! nautisch
! astronomisch
|-
| Wintersonnenwende
| 21. Dezember
| 26 Min.
| 52 Min.
| 79 Min.
|-
| Tagundnachtgleiche
| 19. bis 21. März und
22. oder 23. September
| 24 Min.
| 48 Min.
| 72 Min.
|-
| Sommersonnenwende
| 21. Juni
| 26 Min.
| 52 Min.
| 79 Min.
|}
{| class="wikitable"
|+ Beobachter auf 30° nördlicher Breite <small>(z.?B. Kairo)</small>
|-
! Tag
! Datum
! bürgerlich
! nautisch
! astronomisch
|-
| Wintersonnenwende
| 21. Dezember
| 31 Min.
| 61 Min.
| 90 Min.
|-
| Tagundnachtgleiche
| 21. März und
22. oder 23. September
| 28 Min.
| 56 Min.
| 84 Min.
|-
| Sommersonnenwende
| 21. Juni
| 32 Min.
| 65 Min.
| 101 Min.
|}
{| class="wikitable"
|+ Beobachter auf 50° nördlicher Breite <small>(z.?B. Vancouver, Frankfurt am Main, Kiew)</small>
|-
! Tag
! Datum
! bürgerlich
! nautisch
! astronomisch
|-
| Wintersonnenwende
| 21. Dezember
| 45 Min.
| 87 Min.
| 126 Min.
|-
| Tagundnachtgleiche
| 21. März und
22. oder 23. September
| 37 Min.
| 75 Min.
| 115 Min.
|-
| Sommersonnenwende
| 21. Juni
| 51 Min.
| 117 Min.
| (nicht erreicht)
|}

Für große geografische Breiten und bestimmte Jahreszeiten kann es vorkommen, dass einige Dämmerungsphasen nicht erreicht werden. Für diese Breiten und Deklinationen liefert die Formel zur Berechnung der Dämmerungsdauer keinen reellen Wert.

Polartag und -nacht

  • Am Tag der Sommersonnenwende geht die Sonne in den Polargebieten nicht unter, sondern ist noch als Mitternachtssonne zu sehen. Wegen der atmosphärischen Refraktion kann dies schon ab etwa 65,7° geographischer Breite, etwas unterhalb des Polarkreises, der Fall sein. In dieser Zeit tritt hier also überhaupt keine Dämmerung ein. Oberhalb des Polarkreises ist dies in höheren Breiten über einen zunehmend längeren Zeitraum hinweg der Fall. Nahe den geographischen Polen geht die Sonne schließlich während des ganzen Sommerhalbjahrs, zwischen den Frühlings- und Herbst-Tagundnachtgleichen, nicht unter. Dieser Zeitraum wird als Polartag bezeichnet.
  • Polarnacht heißt demgegenüber der Zeitraum, wenn in den polnahen Regionen die Sonne unter dem Horizont bleibt. In dieser Zeitspanne tritt in höheren Breitengraden also nur Dämmerungslicht auf. Um den Tag der Wintersonnenwende ist die Dämmerung am düstersten, am Pol ist es dunkle Nacht.

Mitternachtsdämmerung

  • Auf allen Breitengraden größer als 60,561° (60°?33??40?)<ref name=gandraxa></ref> gibt es im Sommer Nächte, in denen die bürgerliche Abenddämmerung in die bürgerliche Morgendämmerung übergeht, das heißt es wird keine nautische Dämmerung erreicht, weil die Sonne während der ganzen Nacht weniger als 6 Grad unter dem wahren Horizont steht. Man spricht von ''Weißer Nacht'' oder von ''Mitternachtsdämmerung''.
  • Auf allen Breitengraden größer als 54,561° (54°?33??40?)<ref name=gandraxa/> gibt es im Sommer Nächte, in denen die nautische Abenddämmerung in die nautische Morgendämmerung übergeht, das heißt, es wird keine astronomische Dämmerung erreicht, weil die Sonne während der ganzen Nacht weniger als 12 Grad unter dem wahren Horizont steht. Dies passiert nur im höchsten Norden Deutschlands (nördliches Schleswig-Holstein, Nordspitze der Insel Rügen). Man spricht auch hier von ''Mitternachtsdämmerung''.
  • Auf allen Breitengraden größer als 48,561° (48°?33??40?)<ref name=gandraxa/> gibt es im Sommer Nächte, in denen die astronomische Dämmerung nicht beendet wird, weil die Sonne während der ganzen Nacht weniger als 18 Grad unter dem wahren Horizont steht. Daher wird es nicht dunkle Nacht, sondern bleibt bei einer ''Mitternachtsdämmerung''. Dies passiert in fast ganz Deutschland; nur im Bereich südlich ungefähr der Linie Straßburg-Passau ist keine Mitternachtsdämmerung zu erleben.

Optische Phänomene

Während der Dämmerung kommt es zur Ausprägung typischer ''Dämmerungsfarben'' und anderer optischer Phänomene. Dabei handelt es sich um Erscheinungen in der Morgen- und Abenddämmerung eines atmosphäretragenden Planeten oder Mondes. Auf der Erde gibt es dazu eine Fülle optischer Phänomene und Leuchterscheinungen.

Optische Phänomene bei der bürgerlichen Dämmerung in Abhängigkeit von Wetter- und Beobachtungsbedingungen können sein:
  • Erdschattenbogen: Bei klarem Himmel über dem Horizont sichtbare Projektion des Schattens der Erde in den gegenüberliegenden Dämmerungshimmel.
  • Purpurlicht: Entsteht durch kleine Staubpartikel in der Atmosphäre und lässt Teile des Himmels purpurfarben erscheinen.
  • Gegendämmerung: Farbiger Widerschein der aufgehenden oder untergehenden Sonne im gegenüberliegenden Himmelssegment.
  • Alpenglühen: Farbiges Streulicht des Sonnenuntergangs und -aufgangs auf Gebirgszügen oder Bergketten.
  • Perlmuttwolken: Säureeiswolken der Stratosphäre, die infolge der Beugung von Sonnenlicht an den Kristallen entsprechend reine Interferenzfarben sichtbar werden lassen.
  • Blaue Stunde: Das tiefe Himmelsblau während der Dämmerung wird fast vollständig von der oberen Ozonschicht verursacht.
  • Grüner Blitz: Durch die wellenlängenabhängige Brechung des Sonnenlichts entsteht ein kurz sichtbarer grüner Strahl.
Optische Phänomene bei der nautischen Dämmerung können sein:
  • Farbiger Horizontalstreifen: Ein farbiger meist glutroter Streifen oberhalb weiter Bereiche des Horizonts, der bis zu 180 Grad betragen kann.
  • Nach-Purpurlicht: Ein seltenes schwaches purpurfarbenes Nachleuchten des Himmels, wenn die Sonne mehr als 12 Grad unter dem Horizont steht.
  • Leuchtende Nachtwolken: Eine weißliche wolkenartige Ansammlungen von Eiskristallen oberhalb der Mesosphäre in der Mesopause in 81 bis 85 Kilometer Höhe

Den typischen Verlauf einer Dämmerung in '', Band 123 2/II (1864), S. 240ff.</ref>

Siehe auch

Literatur

  • Herbert Smutek: ''Das freisichtige Erkennen zenitnaher Sterne in der Abenddämmerung''. In: Hermann Mucke (Hrsg.): ''Moderne astronomische Phänomenologie. 20. Sternfreunde-Seminar, 1992/93.'' Zeiss Planetarium der Stadt Wien und Österreichischer Astronomischer Verein 1992, S. 209?220.

Weblinks

Einzelnachweise