Erdschattenbogen

Als Erdschattenbogen, unpräzise verkürzend auch Erdschatten, bezeichnet man die nach Sonnenuntergang und vor Sonnenaufgang bei wolkenarmen Wetterverhältnissen über dem Horizont sichtbare Projektion des Schattens der Erde in den gegenüberliegenden Dämmerungshimmel. Der bogenförmige lichtarme Streifen steht in Gegenposition zur Sonne am höchsten und nähert sich nach Norden und Süden zu dem Horizont an.

Vom Erdschattenbogen zu unterscheiden sind horizontnahe Dunstschichten, die ein ähnliches Erscheinungsbild zeigen können, meist aber horizontparallel verlaufen und im Gegensatz zum Erdschattenbogen auch vor Sonnenuntergang bzw. nach Sonnenaufgang zu sehen sind.

Erdschattenbogen als dunkler blaugrauer Bogen direkt über dem Horizont

Mit tieferem Sonnenstand unter dem Horizont wird dem gegenüber der Erdschattenbogen über dem Horizont größer.

Verlauf

Wenn im Verlauf der bürgerlichen Dämmerung am Abend die Sonne unter den Horizont sinkt, erreicht die direkte Sonnenstrahlung nicht mehr die Erdoberfläche am Standort eines Beobachters. Am gegenüberliegenden, östlichen Horizont, an dem sich die sogenannte Gegendämmerung abspielt, erreichen die Sonnenstrahlen nun auch nicht mehr direkt die unteren Schichten der Atmosphäre, die man vom Standort sehen kann. Von diesen wird daher bedeutend weniger Licht zurückgeworfen als von den höheren Atmosphärenschichten, die noch von direktem Licht getroffen werden können. Damit entsteht unmittelbar über dem Horizont ein lichtarmer, graublau erscheinender Streifen, der Erdschattenbogen. Er liegt bogenförmig der Sonne gegenüber und ist abgesetzt von der orange-purpur leuchtenden Erscheinung darüber, dem Gegendämmerungsbogen oder sogenannten Venusgürtel. Wenn die Sonne tiefer sinkt, verblasst der Venusgürtel und der Erdschattenbogen steigt höher. Später verschwindet der Venusgürtel ganz und der Erdschattenbogen geht ohne erkennbare Grenze über in den tiefblauen Himmel im Zenit. Etwa eine halbe Stunde nach Sonnenuntergang ist der Erdschattenbogen nicht mehr wahrzunehmen. In der Morgendämmerung spielt sich dieser Vorgang in umgekehrter Reihenfolge am Westhimmel ab.

Physikalische Grundlagen

Die wesentliche Ursache des Erdschattenbogens ist tatsächlich der Schatten, den die Erde auf die Luftschichten des gegenüberliegenden Horizonts wirft. Zu beachten ist allerdings, dass der Erdschattenbogen etwas größer ist als der geometrische Schatten des Erdkörpers, was auf die Extinktion des Sonnenlichts in der Erdatmosphäre zurückzuführen ist. So ist zu erklären, dass es unter idealen Bedingungen für einen Beobachter an der Erdoberfläche möglich ist, den Rand des Erdschattenbogens schon kurz bevor die Sonne untergeht zu sehen, wenn sie noch etwa einen halben Grad über dem Horizont steht – unter Berücksichtigung der Refraktion.

Der französische Meteorologe Jean Dubois stellte 1951 die These auf, dass die blaugraue Färbung des Schattens durch die Chappuis-Absorption in der Ozonschicht verursacht würde. Diese aufgrund der Färbung plausibel erscheinende Vermutung ist nicht haltbar, denn das Spektrum des Erdschattenbogens unterscheidet sich nicht wesentlich von dem des Venusgürtels und auch nicht von den höher liegenden Schichten des Gegenhorizonts – in allen Spektren ist die Chappuis-Absorption gleichermaßen zu erkennen, wie zwischen 2012 und 2014 durchgeführte Messungen ergeben haben.

Die Spektren des Erdschattenbogens und die der höher liegenden Schichten über dem Gegenhorizont unterscheiden sich hauptsächlich in der Intensität, nicht in der spektralen Zusammensetzung. Somit scheint es, dass die wahrgenommene bläuliche Färbung des Erdschattenbogens und dessen klare Abgrenzung vom darüber liegenden Venusgürtel offensichtlich auf Eigenheiten der menschlichen Wahrnehmung zurückzuführen sind, siehe Bezold-Brücke-Phänomen und Purpurlinie.

Um ein besseres Verständnis über die Einzelheiten des Strahlungstransports während der Dämmerung zu erhalten, werden verschiedene numerische Modelle verwendet. Ein zur Berechnung der Färbung der Gegendämmerung geeignetes Modell muss mehrfache Streuung berücksichtigen, zudem ist eine sphärische Abbildung der Atmosphärenschichtung notwendig. Auch bei den heutigen Rechnerleistungen bleibt ein analytisches Verfahren eine Herausforderung, meist werden Monte-Carlo-Simulationen verwendet. Man erhofft sich hierdurch insbesondere mehr Einblick, welchen Einfluss die Aerosolzusammensetzung und die Ozonschicht haben.

Weblinks

 Commons: Erdschattenbogen – hier zu sehen unterhalb des Venusgürtels – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Aufsteigender Erdschattenbogen
• Bilder vom Erdschattenbogen