Luftunruhe

Als Luftunruhe wird eine andauernde, mehr oder weniger starke Turbulenz der unteren Erdatmosphäre bezeichnet, die sich vor allem bei der Beobachtung von Himmelskörpern mit größeren Teleskopen störend bemerkbar macht. Daneben leiden auch optische Kommunikationsverbindungen zwischen Bodenstation und Weltraumsatellit unter den gleichen von der Atmosphäre verursachten optischen Turbulenzen.

In kalten Winternächten sind die optischen Auswirkungen der Luftunruhe freiäugig oft deutlich als „Funkeln der Sterne“ feststellbar. Dabei funkeln Sterne nahe dem Horizont stärker als solche im Zenit, da das Sternenlicht am Horizont deutlich mehr Atmosphäre durchlaufen muss als im Zenit und somit in Richtung Zenit weniger optische Störungen erfährt. In der physikalischen Optik wird der Effekt des Funkelns als Szintillation bezeichnet.

Dazu kommt eine – meist nur im Fernrohr feststellbare – Bildbewegung (hin- und hertanzen) des verwischten (im Englischen blurring genannt) Sternbildchens oder Sternfleckens. Alle drei Effekte (Szintillation, Bildbewegung, Bildunschärfe) werden in der Astronomie unter dem Begriff Seeing zusammengefasst behandelt.

Extremfall künstlich erzeugter Luftunruhe: Im heißen, verdichtet nach unten gerichteten Abgasstrahl des Senkrechtstarters Harrier II verschwimmt der Hintergrund

Schlierenbildungen aufgrund von Aufheizung nennt man auch Hitzeflimmern. In der Fotografie tritt das Phänomen insbesondere bei Verwendung langer Brennweiten auf. So kann Bildunschärfe entstehen oder eigentlich gerade Kanten werden als Wellenlinien abgebildet. Ähnliche Effekte kommen häufig im Tunnelbau vor, wenn die Messlinie in Kurven knapp an der Tunnelwand entlangführen muss. Dies kann kleine Richtungsfehler im Bogensekundenbereich verursachen, welche der Markscheider als Seitenrefraktion bezeichnet.

Ursachen

Die Luftunruhe entsteht in erster Linie durch Temperatur- und Druckdifferenzen in der Erdatmosphäre, die vor allem durch die ungleichmäßige Erwärmung der Erdoberfläche durch die Sonne entstehen. Durch Konvektion können laminare Strömungen, aber auch turbulente Wirbelstürme oder Jetstreams entstehen. Das turbulente Durchmischen der Atmosphäre verändert den Brechungsindex und somit direkt die optischen Eigenschaften der Atmosphäre.

Oft kommt es zu weiteren Störungen, wenn der Lichtstrahl – etwa in der Umgebung einer Sternwarte – zu knapp oberhalb oder seitlich eines wärmeren Objekts (Hausdach, Kamin, tagsüber erwärmte Felsen, Abwärme von Motoren usw.) vorbeistreicht. Auch der Sternwartenbau selbst kann Ursache einer kleinen Lichtablenkung oder eines Flimmerns sein, wenn die Kuppel und ihr Innenraum noch wärmer als die äußere Abendluft ist.

Planeten ohne Flimmern

Bei freiäugiger Planetenbeobachtung ist im Gegensatz zu Sternen kein Flimmern (Szintillation) zu sehen – was auch als Erkennungszeichen für Planeten dienen kann. Der Grund ist, dass bei Sternen ein paralleler, bleistiftdünner Strahl in die Pupille gelangt, während es bei den (nicht punktförmigen) Planeten ein schmaler Kegel ist. Beim Jupiter ist der Öffnungswinkel etwa 40", was bereits in der Tropopause (10 km Höhe) zwei Meter entspricht. Dadurch mitteln sich Luftturbulenzen weitgehend heraus, bleiben im dünnen Sternenstrahl aber erhalten.

Siehe auch

• Astronomische Refraktion