Zu welchen optischen Täuschungen führt die Lichtbrechung in der Erdatmosphäre?

Zusammenfassung

Im vorangegangenen Kapitel setzten wir voraus, daß die Lichtgeschwindigkeit in der Luft gleich der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum sei, d. h., wir setzten die Brechzahl von Luft gleich 1. In Wirklichkeit gilt eine solche Annahme nur näherungsweise. Sie ist berechtigt, wenn man den Übergang eines Lichtstrahls durch die Grenze zwischen Luft und Wasser oder zwischen Luft und Glas betrachtet. Sie ist aber unberechtigt für die Betrachtung der Lichtausbreitung in der Erdatmosphäre. Dabei muß nicht nur berücksichtigt werden, daß die Brechzahl etwas größer als 1 ist, sondern auch, daß sie sich von Punkt zu Punkt ändert entsprechend den Änderungen der Luftdichte. Die Atmosphäre ist ein optisch inhomogenes Medium, wodurch die Bahn eines Lichtstrahls in der Atmosphäre strenggenommen immer in einem bestimmten Maße gekrümmt ist. Die Krümmung der Lichtstrahlen beim Durchlaufen der Atmosphäre nennt man Refraktion in der Atmosphäre. Man unterscheidet zwischen der astronomischen und der terrestrischen Refraktion. Im ersten Fall betrachtet man die Krümmung der von Himmelskörpern (Sonne, Mond, Sterne) ausgehenden und den irdischen Beobachter erreichenden Lichtstrahlen. Im zweiten Fall betrachtet man die Krümmung der von irdischen Objekten ausgehenden und den Beobachter erreichenden Lichtstrahlen. In beiden Fällen kann der Beobachter infolge der Lichtkrümmung das Objekt nicht in der der Wirklichkeit entsprechenden Richtung sehen. Die Objekte können verzerrt erscheinen. Man kann sogar ein Objekt beobachten, das sich faktisch unter dem Horizont befindet. Die Refraktion in der Erdatmosphäre kann also zu eigentümlichen optischen Täuschungen führen.