Purpurlicht - Vulcanic Sunsets - Stratosphäre - Aerosole - Polare Stratosphärische Wolken - PSC - Vulkanasche - Himmelsereignisse

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Farbenzauber in der Dämmerung

DAS PURPURLICHT

Das Purpurlicht - eine kurze Einführung

AKM e.V. Forum für atmospärische Erscheinungen (externe Seite)

Das Purpurlicht - eine kurze Einführung

Das Purpurlicht ist eine nicht regelmäßig, aber recht häufig auftretenden Dämmerungserscheinung. Es macht sich typischerweise oberhalb des Sonnenuntergangspunktes bemerkbar, wenn die Sonne zwischen etwa 3 und 6 Grad unter dem Horizont steht, also in der zweiten Hälfte der Bürgerlichen Dämmerung. Dann ist die Sonne nicht nur am Erdboden, sondern auch in der oberen Troposphäre bereits untergegangen. In der darüberliegenden Stratosphäre wird das rötliche Licht der tiefstehenden Sonne an Aerosolen gestreut. Da deren Konzentration außerordentlich gering ist, schimmert der blaue Himmelshintergrund* durch, weshalb der Dämmerungshimmel einen purpurnen Farbton annimmt. Dieser ist meist so schwach ausgeprägt, dass er einem zufälligen Beobachter kaum auffällt. Als Quellen der stratosphärischen Aerosole - oft handelt es sich um Schwefelsäure-Tröpfchen - kommen z.B. großflächige Buschbrände und Brandrodungen sowie Vulkanausbrüche oder auch Abgase hoch fliegender Flugzeuge in Frage. In den Tropen, wo die Troposphäre bis in Höhen von gut 15 km reicht, dürfte Lichtstreuung an hoher und sehr dünner Bewölkung (Subvisuelle Zirren) für viele Purpurlichter verantwortlich sein. Da in diesen Regionen zudem natürliche oder gelegte Buschbrände verbreitet auftreten, verwundert es nicht, dass das Purprulicht in äquatornahen Regionen oft sehr kräftig in Erscheinung tritt.
Unabhängig von Ursache und Beobachtungsort sind Purpurlichter besonders faszinierend, wenn gleichzeitig niedrige troposphärische Wolken anwesend sind. Zum einen bilden letztere, da bereits im Schatten liegend, einen starken Kontrast zum Purpurlicht. Zum anderen können Wolken, die weit entfernt vom Beobachter - u.U. einige 100 km - noch (bzw. am Morgen schon) von der Sonne beschienen werden, lange Schatten werfen, welche dann als Dämmerungsstrahlen das Purpurlicht in mehrere Segmente unterteilen. Das Auftreten von Dämmerungsstrahlen hat nichts mit dem Purpurlicht zu tun; jedoch fallen sie in einer normalen Dämmerung vor dem blauen Himmelshintergrund weit weniger oder gar nicht auf. Der Eindruck, dass Dämmerungstrahlen gehäuft in Zusammenhang mit Purpurlicht auftreten, ist daher rein subjektiv.
Eine im Jahr 2003 erschienene wissenschaftliche Abhandlung (Download als pdf, 1.8 mb) kommt zu dem Schluss, dass die normale stratosphärische Aerosol-Konzentration (Ausnahmen s.u.) alleine nicht ausreicht, um Purpurlichter hervorzubringen. Vielmehr ist dazu das Zusammenspiel von Lichtstreuung und Extinktion in der Stratosphäre und in der Troposphäre erforderlich. Wenn geschlossene Wolkenschichten, u.U. einige hundert Kilometer vom Beobachter entfernt, verhindern, dass Sonnenlicht durch die Troposphäre zu Aerosolen in der Stratosphäre gelangt, tritt kein Purpurlicht auf. Handelt es sich um lückige Bewökung, entsteht ein durch Dämmerungstrahlen segmentiertes Purpurlicht.

* Die blaue Farbe des Dämmerungshimmel entsteht nicht wie das Taghimmel-Blau durch Streuung von Sonnenlicht an Luftmolekülen. Ursache ist die vielmehr die bevorzugte Extinktion des orangen Lichtanteils (um 600nm Wellenlänge) an der stratosphärischen Ozonschicht.

Volcanic Sunsets

Die Eruption des Krakatau am 27.08.1883 zählt zu den gewaltigsten Vulkanausbrüchen der letzten 1000 Jahren. Binnen kurzer Zeit wurden etwa 18 Kubikkilometer Asche ausgeworfen. Die Eruptionssäule erreichte eine Höhe von 80 km, wodurch es zu einem massiven Aerosoleintrag in die Hochatmosphäre der Erde kam. Die weltweit sichtbare Folge waren außergewöhnlich farbenprächtige Dämmerungserscheinungen (im Englischen als "Volcanic Sunsets" bezeichnet), die über mehrere Jahre anhielten. Im geringerem Maße wiederholten sich diese Dämmerungsanomalien bei anderen Vulkanausbrüchen, so z.B. denen des Agung (1963), des Mt. St. Helens (1980) oder des Pinatubo (1991). In den Jahren 2008, 2009 und 2011 konnten nach den Eruptionen des Kasatochi (Aleuten), des Sarychev (Kamtschatka) und des Nabro (Erithrea) auf der Nordhalbkugel jeweils für mehrere Monate auffällige Purpurlichter beobachtet werden.
In allen genannten Fällen war Eruptionsmaterial in erheblicher Menge bis in die Stratosphäre geschleudert worden. Während vulkanische Asche rasch absinkt, können sich Aerosole, in erster Linie Schwefelsäure, monatelang in der Stratosphäre halten und sehr dünne, filigrane Wolken bilden, welche als faserige weißliche Strukturen bisweilen bei Sonnenuntergang bzw. Sonnenaufgang sichtbar werden. Besser lassen sie sich aus hochfliegenden Flugzeugen beobachten, weil man dann mehr seitlich auf die Aerosolwolken schaut und vom perspektivischen Effekt profitiert (Bericht mit Fotos). Solche Aerosol-Schichten verringern die Lichtdurchlässigkeit der höheren Atmosphärenschichten deutlich. So war der Mond bei mehreren Totalen Mondfinsternissen nach den Eruptionen des Agung (1963) und des Pinatubo (1991) zur Mitte der Totalität kaum noch erkennbar, weil viel weniger Sonnenlicht als sonst durch die Erdatmosphäre in den Kernschatten gebrochen wurde.
Volcanic Sunsets sind nicht nur wesentlich auffälliger als normale Purpurlichter, sondern halten auch länger an, bisweilen bis in die Nautische Dämmerung hinein. Ganz typisch ist, dass der horizontnahe Himmel unterhalb des Purpurlichts pfirsichfarben erscheint.

Polare Stratosphärische Wolken

In etwa 25 km Höhe befindet sich eine permanente Aerosol-Schicht, die sog. Junge-Schicht. Bei sehr niedrigen Temperaturen von unter -78°C, wie sie nur im Winterhalbjahr in hohen geografischen Breiten auftreten, kondensieren in dieser Schicht Wolken aus Schwefel- und Salpetersäure aus, welche als Polare Stratosphärische Wolken (Engl. Abk.: PSC) bezeichnet werden (Fotos aus Norwegen: Januar 2016, Dezember 2012). Da diese PSC vom Typ I eine entscheidende Rolle beim Ozonabbau spielen, sind sie Gegenstand intensiver Forschung. Sehr selten - so im Dezember 1999 (Hinweis und Foto) und im Februar 2008 (Diskussion und Foto) - können sich PSC auch weiter südlich, z.B. über Deutschland bilden. In zweitgenannten Fall wurden die PSC zunächst dadurch bemerkt, dass sie ein hell leuchtendes Purpurlicht hervorbrachten, welches an Intensität die meisten "Volcanic Sunsets" bei weitem übertraf. Die Abenddämmerung am 18.02.2008 war eine der eindruckvollsten Himmelserscheinungen der letzten Jahre. Zeitweilig hatte man den Eindruck, sich im Inneren einer Leuchtstoffröhre zu befinden. Das rötliche Himmelsglühen hielt viel länger an als ein normales Purpurlicht, wurde z.T. noch beobachtet, als die Sonne bereits tiefer als 10 Grad unter dem Horizont stand. Vermutlich spielte dabei mehrfache Streuung des Sonnenlichts in den Erdschatten hinein eine Rolle. Dass dies prinzipiell möglich ist, zeigte sich am 06.12.2002, als es mitten in der Polarnacht über Svalbard fast taghell wurde. Dieses geradezu gespenstisch anmutende Phänomen (Red-Sky Event) wurde dadurch verursacht, dass Sonnenlicht durch mehrfache Reflektion und Streuung an PSC über mehrere hundert Kilometern Entfernung in den Erdschatten gelangte.
Ein weiteres spektakuläres PSC-Event ereignete sich im Zeitraum 01. - 04.02.2016 über Mitteleuropa. In diesem Fall wurden die Stratosphärenwolken als schlierige Strukturen direkt beobachtet, und erstmals überhaupt wurden in unseren Breiten Perlmutterwolken (PSC Typ II, bestehen aus Wassereis) nachgewiesen. *
Zu beachten ist, dass sich PSC in wesentlich größerer Höhe (etwa 25 km) aufhalten als die meisten vulkanogenen Aerosolwolken (etwa 15 km). Sie treten daher u.U. erst nach Ende der Bürgerlichen Dämmerung überhaupt in Erscheinung. PSCs vom Typ II können nach Beobachtungen aus dem Februar 2017 sogar nach Ende der astronomischen Dämmering sichtbar sein, wenn sie durch den Mond beschienen werden.

* Perlmutterwolken düfen nicht mit starkem, zum Teil über ausgedehnte geografische Bereiche auftretendem Irisieren an troposphärischen Föhnwolken verwechselt werden, welches in Einzelfällen im Alpengebiet beobachtet worden ist.

PSCs Typ 1 und 2, aufgenommen am 27.01.2018, 09:30 MEZ

PSCs vom Typ 1 und 2, aufgenommen am 27.01.2018 gegen 09:30 MEZ an der Raststätte Buktamo (Troms-Fylke, Norwegen).
Copyright: Somersault Clicks.

Saharastaub und Aerosole aus Waldbränden

Vulkanogenen Aerosolen und PSCs sind offenbar nicht die einzigen Ursachen intensiven Purpurlichts. Beobachtungen im November 2009 legen nahe, dass Saharastaub, der mit Höhenwinden nach Mitteleuropa verfrachtet wird, ähnliche Effekte hervorbringen kann. Freilich entstand das Purpurlicht in diesem Fall recht geringer Höhe, nämlich in nur etwa 11 km.
Wie weiter oben bereits erwähnt können natürliche oder gelegte Waldbränden in den Tropen kräftige Purpurlichter hervorbringen. Im Spätsommer 2017 gelangten Aerosole aus Waldbränden im Westen der USA und Kanadas bis nach Mitteleuropa und machten sich hier durch ungemein eindrucksvolle Purpurlicht-Displays und andere Dämmerungsanomalien bemerkbar. Lidarmessungen zeigten, dass sich die Aerosole vor allem in der Höhenschicht 12 - 17 km bewegten, also in der unteren Stratosphäre.

Beobachtung von Purpurlichtern

Nicht erst beim Krakatauausbruch, sondern bereits nach den beiden anderen großen Eruptionen der Neuzeit (Laki 1783 und Tambora 1816) war über Dämmerungsanomalien berichtet worden. Auch im 20. Jahrhundert wurde in Fachzeitschriften immer wieder über intensive Dämmerungsfarben nach Vulkanausbrüchen geschrieben. Eine flächendeckende Erfassung von Purpurlichtern gab es jedoch nicht. Dies hat sich im Internet-Zeitalter zunächt nicht geändert, da es seit Anfang der 90er-Jahre (Pinatubo-Ausbruch) keine nennenswerten Purpurlichter gegeben hatte. Erst durch das PSC-Event im Februar 2008 und die "Volcanic Sunsets" ab Sommer 2008 ist das Phänomen der farbigen Dämmerungsanomalien wieder ins Bewusstsein der Beobachter gerückt. Inzwischen wird im AKM-Forum regelmäßig über ungewöhnliche Dämmerungserscheinungen berichtet und diskutiert.

Das Purpurlicht ist eine großflächige Himmelserscheinung, die man sinnvoller Weise mit bloßem Auge beobachtet. Ein Fernglas kann allerdings hilfreich sein, um eventuelle Strukturen in den auslösenden Aerosolwolken zu identifizieren.
Zur Fotografie von Purpurlicht-Displays ist im Prinzip jede Kamera geeignet, welche manuelle Einstellungen von Belichtungszeit, Blende sowie ISO-Zahl ermöglicht und über ein Weitwinkelobjektiv bzw. ein Zoom-Objektiv mit Weitwinkel verfügt. Da digitale Kompaktkameras bei höheren ISO-Zahlen ein starkes Rauschen produzieren, sollte bevorzugt mit ISO 50 oder 100 fotografiert werden. Selbst bei voll geöffneter Blende muss man - je nach Dämmerungsgrad - mit Belichtungszeiten bis zu einer Sekunde arbeiten. Daher ist ein Stativ oder zumindest eine geeignete Ablage (Fensterbank, Mauerkrone) für die Kamera sehr zu empfehlen.
Oft reicht selbst ein Weitwinkelobjektiv nicht aus, um ein Purpurlicht in seiner vollen Ausdehnung zu erfassen. Da man meistens kein "Fish Eye"-Objektiv zur Verfügung haben dürfte, kann man - sofern vorhanden - mit der Panoramafunktion der Kamera arbeiten. Eine andere Möglichkeit ist der Einsatz der Videofunktion, über welche inzwischen auch viele digitale Spiegelreflex-Kameras verfügen. Man filmt dann einfach den Himmel ab, wie z.B. im nachstehenden Video zu sehen:

Schwaches Purpurlicht kann jederzeit auftreten; wer öfters in der Dämmerung draußen ist, wird es früher oder später sicherlich einmal sehen. Wirklich auffällige Purpurlichter sind allerdings selten. Andererseits ist ihr Auftreten wie oben erläutert an spezifische Umstände gebunden und damit zumindest tendenziell vorhersagbar. So kann man sich beim SKIRON informieren, ob Saharastaub nach Mitteleuropa geweht wird. Die University of Wyoming bietet ein Tool an, mit dem man Karten der Temperaturverteilung in der Stratosphäre erstellen kann. Wenn die Temperatur auf dem 30 hPa- Niveau unter -78°C sinkt, muss mit dem Auftreten von PSC und damit auch mit Dämmerungsanomalien gerechnet werden. Falls größere Mengen vulkanischer Aerosole in der Atmosphäre sind, sollte man dies auf den Karten des GOME-2 Near-Real-Time Service erkennen. Sobald eine Situation eintritt, welche zur Ausbildung intensiver Purpurlichter führen kann, wird dies wahrscheinlich auch im AKM-Forum diskutiert werden.

Links und Literatur zum Thema

Literatur

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Berichte, Fotos und Videos

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