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Dämmerung
Als Dämmerung bezeichnet man den fließenden Übergang von Lichtverhältnissen zu Anfang und Ende des lichten Tages im Wechsel zur Nacht, die aufgrund des …
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Definition, Ursache und Grundbegriffe
Dämmerung ist der fließende Übergang zwischen den Lichtverhältnissen des Tages und der Nacht. Vor Sonnenaufgang heißt sie Morgendämmerung oder Morgengrauen, nach Sonnenuntergang Abenddämmerung. Das dabei wahrgenommene Licht wird Dämmerlicht oder Dämmerschein genannt.
Physikalisch ist Dämmerung die Zeitspanne, in der noch gestreutes Licht der bereits unter dem Horizont stehenden Sonne sichtbar ist. Hohe Schichten der Erdatmosphäre werden weiterhin von der Sonne beleuchtet und streuen einen Teil des Lichts zum Beobachter. Die Streuung erfolgt an der Luft und an Partikeln, den sogenannten Aerosolen. In Richtung der knapp unter dem Horizont stehenden Sonne erscheint der Himmel am hellsten und überwiegend rötlich. Weiter von der Sonne entfernte Himmelsbereiche sind dunkler; das stärker abgelenkte Licht enthält dort einen größeren Blauanteil.
Dämmerungszonen entstehen auf allen Planeten mit einer Atmosphäre. Auf dem atmosphärelosen Erdmond und auf Merkur folgt dagegen auf den hellen Tag ohne eine solche Übergangsphase die dunkle Nacht.
Der Sonnenaufgang ist der Moment, in dem die Oberkante der Sonnenscheibe den geozentrischen oder wahren Horizont überschreitet. Damit endet die Morgendämmerung. Die Abenddämmerung beginnt entsprechend, wenn der obere Sonnenrand unter diesem Horizont verschwindet. Die Zeit, in der die Sonnenscheibe selbst auf- oder untergeht, zählt bereits zum Tag und nicht zur Dämmerung. Dieser Vorgang dauert in Äquatornähe etwa 2 Minuten, in Mitteleuropa etwa 3–4 Minuten und an den Polen 32 Stunden.
Die drei Dämmerungsphasen
Die Phasen werden nach dem Tiefenwinkel des Sonnenmittelpunkts unter dem wahren Horizont eingeteilt. Gemeint ist die geometrische Höhe; Refraktion, also die Ablenkung des Lichts in der Atmosphäre, und andere Einflüsse auf die beobachtete Sonnenposition bleiben dabei unberücksichtigt.
• Bürgerliche oder zivile Dämmerung: Der Sonnenmittelpunkt steht zwischen 0° und 6° unter dem Horizont. Lesen im Freien ist noch beziehungsweise schon möglich. Nach Sonnenuntergang werden zunächst helle Planeten wie Venus und Jupiter sichtbar; gegen Ende kann ein gutes Auge die hellsten Sterne bis zur 1. Magnitude erkennen. Das Ende der bürgerlichen Abenddämmerung heißt in der Luftfahrt ECET, der Beginn der bürgerlichen Morgendämmerung BCMT.
• Nautische oder mittlere Dämmerung: Der Sonnenmittelpunkt steht zwischen 6° und 12° unter dem Horizont. Sterne bis zur 3. Größe und die Formen von Sternbildern werden sichtbar, während auf See die Kimm, also die Grenzlinie zwischen Meer und Himmel, noch erkennbar ist. Dadurch ist eine nautische Positionsbestimmung mit dem Sextanten möglich: Dabei misst man die Höhe ausgewählter Sterne über dem Horizont.
• Astronomische Dämmerung: Der Sonnenmittelpunkt steht zwischen 12° und 18° unter dem Horizont. Sie endet, sobald es nicht mehr dunkler wird. Ab 18° beginnt die astronomische Nacht; unter guten Bedingungen sind dann Sterne der 6. Größenordnung sichtbar. Ohne künstliche Lichtquellen wäre der Himmelshintergrund nun vollständig dunkel.
Am Morgen werden diese Phasen in umgekehrter Reihenfolge durchlaufen. Allerdings kann der Nachthimmel auch nach dem astronomischen Dämmerungsende aufgehellt bleiben. Ursachen sind Lichtverschmutzung sowie Erscheinungen der Hochatmosphäre wie Airglow, leuchtende Nachtwolken, Zodiakallicht und Polarlicht.
Dauer und Berechnung
Die Dämmerungsdauer hängt vor allem von der geografischen Breite und der Jahreszeit ab. Entscheidend ist, wie steil die scheinbare Sonnenbahn den Horizont schneidet. Am Äquator verläuft sie steil, sodass die Sonne schnell in größere Tiefen sinkt. Zu den Polen hin wird der Winkel flacher und die Dämmerung länger. Die längsten Zeiten treten jeweils zu den Sonnenwenden auf, die kürzesten nahe den Tagundnachtgleichen. Der Längengrad beeinflusst dagegen den Zeitpunkt: Da sich die Erde in ungefähr 24 Stunden um 360° dreht, entsprechen 1° Länge etwa 4 Minuten. Deshalb beginnt die Dämmerung in Berlin ungefähr 30 Minuten früher als im etwa 7° weiter westlich gelegenen Köln.
Die kürzeste Dämmerung tritt bei senkrechtem Sonnenuntergang zwischen den Wendekreisen auf, beispielsweise zur Tagundnachtgleiche nahe dem Äquator. Da 6° der Erdrotation 24 Minuten entsprechen, wären für die Grenzen 6°, 12° und 18° zunächst 24, 48 und 72 Minuten zu erwarten. Wegen der Berücksichtigung des Sonnenrandes beim Sonnenuntergang sind die tatsächlichen Mindestzeiten etwas kürzer: Die bürgerliche Dämmerung endet nach 21 Minuten, die nautische nach 45 Minuten und die astronomische nach 69 Minuten.
Für Breiten unterhalb des Polarkreises gelten als grobe Anhaltspunkte: Die bürgerliche Dämmerung dauert eine gute halbe Stunde, die nautische mehr als eine Stunde und die astronomische insgesamt etwa anderthalb bis drei Stunden, sofern alle Phasen erreicht werden.
Die genaue Dauer lässt sich mit sphärischer Trigonometrie berechnen. Dabei sind φ die geografische Breite, δ die Deklination der Sonne und σ die jeweilige Dämmerungsgrenze von 6°, 12° oder 18°. Aus der Differenz Δγ zwischen dem Winkel γ an der Dämmerungsgrenze und dem entsprechenden Winkel γ_SR beim Sonnenaufgang folgt:
t_D = (Δγ / 360°) · 24 Stunden = (Δγ / 360°) · 1440 Minuten.
Dabei gilt γ = arccos[sec δ · sec φ · (−sin σ − sin δ · sin φ)] und für den Sonnenaufgang γ_SR = arccos[sec δ · sec φ · (−sin 50′ − sin δ · sin φ)]. Für große Breiten und bestimmte Jahreszeiten wird eine Dämmerungsgrenze nicht erreicht; dann liefert die Formel keinen reellen Wert.
Beispiele und hohe Breiten
Am Äquator dauert die Dämmerung zur Tagundnachtgleiche insgesamt bis zu den jeweiligen Grenzen 21 Minuten bürgerlich, 45 Minuten nautisch und 69 Minuten astronomisch. Zu beiden Sonnenwenden sind es 23, 49 und 75 Minuten. Auf 30° nördlicher Breite, beispielsweise in Kairo, betragen die Zeiten zur Sommersonnenwende 27, 61 und 97 Minuten. Auf etwa 50° nördlicher Breite, etwa bei Frankfurt am Main, sind es zur Wintersonnenwende 39, 80 und 120 Minuten, zur Tagundnachtgleiche 32, 70 und 110 Minuten. Zur Sommersonnenwende endet dort die bürgerliche Dämmerung nach 45 Minuten und die nautische nach 110 Minuten; die astronomische Dämmerung wird nicht beendet.
Wenn eine abendliche Dämmerungsphase ohne dunklere Zwischenphase in die morgendliche übergeht, spricht man von Mitternachtsdämmerung. Auf Breiten über 48,564° wird im Sommer zeitweise keine astronomische Nacht erreicht, weil die Sonne weniger als 18° unter dem Horizont bleibt. Das betrifft fast ganz Deutschland; nur ungefähr südlich der Linie Straßburg–Passau tritt keine Mitternachtsdämmerung auf. Über 54,564° kann die nautische Abenddämmerung unmittelbar in die nautische Morgendämmerung übergehen. Über 60,564° kann die Sonne die ganze Nacht weniger als 6° unter dem Horizont bleiben; die bürgerliche Abend- und Morgendämmerung gehen dann ineinander über. Solche hellen Nächte heißen Weiße Nächte.
In Polargebieten geht die Sonne um die Sommersonnenwende nicht unter; aufgrund der atmosphärischen Refraktion kann die Mitternachtssonne bereits ab etwa 65,7° geografischer Breite sichtbar sein. Nahe den Polen dauert dieser Polartag vom Frühlings- bis zum Herbstäquinoktium. Polarnacht bezeichnet den Zeitraum, in dem die Sonne in polnahen Gebieten unter dem Horizont bleibt. Trotzdem kann Dämmerungslicht auftreten. Am Nordpol folgen auf den 32 Stunden langen Sonnenuntergang 12 Tage bürgerliche Dämmerung vom 24. September bis 8. Oktober, 16 Tage nautische Dämmerung bis 24. Oktober und 19 Tage astronomische Dämmerung bis 12. November. Vom 12. November bis 28. Januar steht die Sonne während 80 Tagen mehr als 18° unter dem Horizont; erst dann herrscht dort Nacht im astronomischen Sinn.
Typische optische Erscheinungen
Während der Dämmerung entstehen charakteristische Farben und weitere optische Erscheinungen. Welche davon sichtbar sind, hängt unter anderem vom Wetter und den Beobachtungsbedingungen ab.
Zur bürgerlichen Dämmerung kann der Erdschattenbogen erscheinen: der bei klarem Himmel über dem sonnenfernen Horizont sichtbare Schatten der Erde. Die Gegendämmerung ist ein farbiger Widerschein der auf- oder untergehenden Sonne im gegenüberliegenden Himmelsbereich. Purpurlicht entsteht durch kleine Staubpartikel in der Atmosphäre. Beim Alpenglühen beleuchtet farbiges Streulicht Gebirgszüge. Perlmuttwolken sind Säureeiswolken der Stratosphäre, deren Kristalle durch Lichtbeugung reine Interferenzfarben erzeugen. Das tiefe Himmelsblau der Blauen Stunde wird fast vollständig durch die obere Ozonschicht verursacht. Beim Grünen Blitz erzeugt die wellenlängenabhängige Brechung des Sonnenlichts kurzzeitig einen grünen Strahl.
Während der nautischen Dämmerung kann ein meist glutroter, bis zu 180° langer farbiger Horizontalstreifen sichtbar werden. Das seltene Nach-Purpurlicht ist ein schwaches purpurfarbenes Nachleuchten, wenn die Sonne bereits mehr als 12° unter dem Horizont steht. Leuchtende Nachtwolken bestehen aus Eiskristallen in der Mesopause, einer hohen Atmosphärenschicht in 81 bis 85 Kilometern Höhe, und erscheinen als weißliche, wolkenartige Ansammlungen.
