Eine Nacht auf dem Plettenberg

mit der Astronomie-AG des Progymnasiums Rosenfeld
am 12. Februar 2015, in 1000m Höhe auf der Schwäbischen Alb Karte Sternenpark Schwäbische Alb Progymnasium Rosenfeld
Abenddämmerung	Teleskopbeobachtung	windschief	Sternenbaum	Panorama
Lichtverschmutzung	All-Sky	Rottweil	Ratshausen	Funkturm
Balingen	20 Uhr MEZ	2 Uhr MEZ
Astrofotos aufgenommen durch das 85mm-Linsenteleskop der Astronomie-AG des Progymnasiums Rosenfeld
Doppelsternhaufen	Plejaden	Orionnebel	Flammennebel	M44
Helligkeit und Farbe des Himmels im Laufe eines Abends Im Verlauf einer Nacht in einer ländlichen Region verringert sich die Helligkeit des Himmelshintergrundes meist deutlich. Dies wird hauptsächlich mit der abnehmenden Lichtverschmutzung in einer Nacht erklärt. Vergleiche von Fotos am frühen Abend mit relativ viel Lichtverschmutzung und der späten Nacht machen das Ausmaß der Lichtverschmutzung auch am Sternenhimmel gut sichtbar und messbar. Dieser Effekt der Abdunklung ist bekannt, aber zudem wurde eine Farbverschiebung vom Blauen in das Rote gemessen, auch deutlich nach Ende der astronomischen Dämmerung. Die Änderung der Farbe des Himmels ist erst einmal neu und mögliche Gründe noch unklar.
Zeitraffer in südwestlicher Richtung von der Abenddämmerung um 18:30 Uhr MEZ bis 2:00 MEZ. Im Vordergrund am Fuße des Plettenberges liegt der Ort Ratshausen, rechts Schömberg, links dahinter das helle Rottweil und schließlich Villingen-Schwenningen ganz hinten in der Bildmitte.
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Zu drei Zeiten wurden Helligkeitswerte mit einem SQM-L im Zenit gemessen. Es wurden jeweils mehrere Werte um einen Zeitpunkt gemittelt. Der Mond war nicht am Himmel.
23:30 MEZ: 21,05 mag/(")²
00:35 MEZ: 21,14 mag/(")²
02:10 MEZ: 21,27 mag/(")²
Vergleich der Beleuchtungssituation um 20 Uhr MEZ, genau 33 Minuten nach Ende der astronomischen Dämmerung, mit der um 2 Uhr MEZ (indem die Maus auf das Bild bewegt wird). Die fotografische Belichtung ist gleich und die Farbbalance jeweils bei 3550 K.
Der Unterschied in der Helligkeit am Himmel und in der Landschaft ist sehr deutlich. Aus dem Vergleich der Medianwerte aus dem gleichen großen Himmelsausschnitt ohne Wolken wurde der Helligkeitsunterschied gemessen. Um 20 Uhr ist die Helligkeit im Roten um den Faktor 1,97 heller, im Grünen um 2,10 und im Blauen gar um 2,53. In der logarithmischen Magnitudenskala entspricht das Helligkeitsunterschieden von 0,73 mag/(")², 0,81 mag/(")² bzw. 1,01 mag/(")² in R, G und B. Mögliche Gründe für einen allgemeinen Helligkeitsabfall im Laufe einer Nacht sind: Verringerung der Lichtverschmutzung, Verringerung der Streuteilchen durch z.B. Absinken der Aerosole und damit auch trockenerer Luft, Abschirmung der Lichtverschmutzung durch Bodennebel oder Wolken und das Zodiakallicht. Andere astronomische Einflüsse wie die Milchstraße, helle Planeten und Airglow dürften hier vernachlässigbar sein. Der Kegel des Zodiakallichtes ist am westlichen Abendhimmel nur sehr schwach bläulich zu erahnen, führt aber zu einer Aufhellung des Abendhimmels. Dessen Einfluss auf die Zahlenwerte wurde minimiert, indem das Vergleichsfeld deutlich außerhalb der Ekliptik gewählt wurde. Die Nacht war sehr klar und trocken und eine Veränderung der Sichtweite am Horizont war nicht festzustellen. Über Rottweil im Neckartal war eine flache Dunstschicht sichtbar, die jedoch konstant blieb. Die Orte im Vordergrund sind durchweg nebellos. Entfernte Orte, schätzungsweise ab 40 km, werden jedoch von einer Wolkenschicht überzogen. Daher fallen die Punkte zwei und drei wahrscheinlich nicht so sehr in das Gewicht, es sei denn, dass auch entfernte Orte eine wesentliche Rolle bei der Himmelshelligkeit spielen. Im Allgäu wurde jedoch der gleiche Effekt beobachtet, auch ohne dass eine Wolkenschicht sichtbar war (s.u.). Der helle Abendhimmel rührt im wesentlichen von der stärkeren Lichtverschmutzung her, also dem Licht, das überwiegend direkt und ungenutzt von Menschen nach oben geschickt wird. Viele Quellen sind auch direkt im Bild ersichtlich und zudem das Abschalten oder Dimmen im Verlaufe des Abends. Jeder sichtbare Lichtpunkt bedeutet, dass hier eine nicht vollständig abgeschirmte Leuchte ihre Energie zu unserem oberhalb liegenden Standort auf dem Plettenberg verschwendet. Typische Quellen sind die Straßenbeleuchtung, Fassadenstrahler, Sportplätze, Werbung, Beleuchtung von Gewerbegrundstücken, Autoverkehr und auch Privathaushalte. Direkt sichtbare Orte wie Villingen-Schwenningen (V-S) sind bis zu 30 km entfernt, die allgemeine Horizontaufhellung kann aber von weit entfernteren Ortschaften auch aus der Schweiz stammen, so z.B. der Industrieregion Basel und Rheinfelden in ca. 100 km Entfernung (etwa in einer Sichtlinie mit V-S). Der Ort Ratshausen im Vordergrund schaltet vorbildlich die öffentliche Beleuchtung in der späten Nacht aus. Nur die Firma Koch beleuchtet weiterhin in voller Stärke, obwohl keinerlei Betrieb ist. Der Einsatz von Bewegungsmeldern zur Steuerung der Beleuchtung würde hier eine große Energieersparnis und auch einen Sicherheitsvorteil bringen. Schömberg (rechts) und Weilen unter den Rinnen (links von Schömberg) scheinen zumindest kleine Teile abzuschalten oder zu dimmen. Die Stadt Rottweil dagegen beleuchtet selbst um zwei Uhr nachts noch mit voller Stärke! Auf Detailaufnahmen von Rottweil sind zudem einige Fassadenstrahler und Industriebeleuchtungen zu erkennen, die viel Licht zu jeder Stunde in den Himmel strahlen. Die Zahl der Leuchtspuren von Autoscheinwerfern nimmt im Laufe des Abends erwartungsgemäß ab. Deutung des spektralen Unterschiedes Abends ist der aufgehellte Himmel deutlich blauer als der dunklere Nachthimmel. Der Farbindex zwischen Rot und Blau ändert sich um 0,28 mag. Die Quellen der Lichtverschmutzung am Abend sind in diversen Farbtemperaturen vorhanden. Es gibt die typisch orangenen Natriumdampflampen und viele kalt-weiß erscheinende LEDs und vermutlich auch die alten Quecksilberdampflampen (fast grün). Der einfachste Grund für die zeitliche Farbverschiebung wäre, dass überwiegend die kalt-weißen Lampen ausgeschaltet werden. In Ratshausen wird jedoch fast alles ausgeschaltet, wobei die kalt-weißen Quellen vorher und nachher dominieren. In den nächsten Ortschaften Schömberg, Weilen unter den Rinnen und Deilingen geht in der Tat eher die kalt-weiße Beleuchtung zurück. Bei den entfernteren Ortschaften Rottweil und V-S ist kein Unterschied in der Farbe und Intensität zu erkennen. So kann man die Farbveränderung durch das selektive Abschalten von Quellen mit unterschiedlicher Farbtemperatur verstehen. Zweiter Grund: Die Lichtquellen im Vordergrund werden unwichtiger, da ein erheblicher Anteil ausgeschaltet wird. Abends bestimmt das Licht der nahen Quellen die sichtbare Lichtglocke. Aufgrund der Rayleigh-Streuung an den kleinen Luftmolekülen wird der Blauanteil stärker gestreut als der Rotanteil und somit erscheint die Himmelsaufhellung blau. Die hellen Lichter vom entfernteren Rottweil und V-S bleiben dagegen fast gleich stark. Das Licht von weiter entfernten Quellen erfährt mehr Rayleigh-Streuung, d.h. der blaue Anteil wird auf dem Weg zu uns seitlich herausgestreut und es kommt überwiegend der rote Anteil bei uns über den Köpfen an. Somit wird die Himmelsaufhellung in den roten Bereich verschoben, wenn die nahen Quellen ausgeschaltet werden. Die Farbverschiebung stammt also auch aus der größeren Distanz der dominierenden Lichtquellen. Fotoreihen aus Regionen ohne (nahe) Lichtverschmutzungsquellen zeigen den Effekt einer Farbverschiebung des Himmelshintergrundes nicht. Siehe hier Beispiele aus Namibia und den USA. Eine Nacht im Allgäu zeigt die Abdunklung und Farbverschiebung wiederum deutlich.

Eine Nacht auf dem Plettenberg

Helligkeit und Farbe des Himmels im Laufe eines Abends