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Refraktion

Das Phänomen

Wechseln Lichtstrahlen das Medium, so werden sie gebrochen - dieses Phänomen sehen wir an Fensterscheiben, beim Blick in ein Wasserglas... Trifft ein Lichtstrahl eines Sterns z.B. auf die Erdatmosphäre, so wird er ebenso gebrochen - weil sich die Atmosphäre immer mehr verdichtet, je näher der Lichtstrahl der Erdoberfläche kommt, wird die Richtung des Lichtstrahls kontinuierlich geändert - der Strahl wechselt sozusagen ständig das Medium.

Refraktion

Die Folge ist aus der Darstellung ersichtlich: ein Beobachter auf der Erde sieht die Lichtquelle in Richtung des eingezeichneten Pfeils - in Wahrheit steht das Gestirn einiges tiefer. Dieses Phänomen wird als Refraktion bezeichnet. Die Refraktion ist abhängig vom Winkel, unter dem wir das Gestirn sehen: steht das Gestirn senkrecht über uns, das heisst im Zenit, so ist die Refraktion theoretisch nicht vorhanden - weit unten am Horizont ist die Refraktion hingegen sehr stark und sie nimmt sehr stark zu - so stark, dass Licht vom Sonnenoberrand eine andere Refraktion erfährt als Licht vom Unterrand - die untergehende Sonne wird zur Ellipse:

ellipsenförmige Sonne

Die Konsequenz daraus für die Astronavigation: wird die Höhe eines Gestirns gemessen, so muss die Refraktion bekannt sein, damit wir die gemessene Höhe entsprechend korrigieren können.

Näherungsformel

Es bezeichne h_s die scheinbare Höhe - die Refraktion kann dann näherungsweise mit

Refraktion Näherungsformel

berechnet werden - das Resultat ist in Bogen-Minuten zu verstehen. Beispiel: unsere scheinbare Höhe beträgt 5°:

Beispiel 2

 

Genauere Betrachtung

Die Brechung in einer Luftschicht ist von der Dichte der Luft abhängig - also letztendlich von der Anzahl Teilchen in einem bestimmten Volumen. Druck und Temperatur beeinflussen diese Teilchendichte. In der folgenden Formel (Meeus, Astronomical Algorithms, Willmann-Bell Inc., Richmond, Virginia, 1991) bezeichnet h_s die scheinbare Höhe, Tdie Temperatur in °Celsius, p den Druck in hPa

Refraktion Formel

Beispiel: scheinbare Höhe : 5°, Luftdruck 1013 hPa, Temperatur 20 °C

Beispiel 1