Endlich erwischt: Der “Grüne Blitz”

Normalerweise liegt meine Kamera immer in sicherer Entfernung, wenn ich den seltenen „Grünen Blitz“ zu sehen bekomme. Bis jetzt. Um dieses Phänomen ranken sich Mythen, und nur wenige Amateurastronomen sind in der Lage, ihn korrekt zu erklären. Bislang ging das auch mir so. Grund genug, sich einmal eingehend mit dem Grünen Blitz, auf Neudeutsch heute meist „Green Flash“ genannt, zu beschäftigen.

Zunächst aber präsentierte ich: „meinen“ Grünen Blitz, aufgenommen am 21. Februar 2018 auf der Kanareninsel La Palma:

Grüner Blitz bei Sonnenuntergang über dem Atlantik, aufgegommen am 21. Febraur 2018 von La Palma auf 594 m ü. N.N. Vom linken bis zum rechten Bild vergingen etwa zwei Sekunden.
Grüner Blitz bei Sonnenuntergang über dem Atlantik, aufgenommen am 21. Februar 2018 von La Palma auf 594 m ü. N.N. Vom linken bis zum rechten Bild vergingen etwa zwei Sekunden.

Zu sehen ist der letzte Rest der Sonne bei ihrem Untergang. Für etwa zwei Sekunden verfärbte sich die Sonne am oberen Rand deutlich grün. Man konnte die Farbe schon mit bloßem Auge sehen. Hier das letzte Bild der gezeigten Serie ohne Beschnitt:

Der Grüne Blitz vom 21. Februar 2018 unbeschnitten (es handelt sich um den rechten Bildausschnitt der serie vom Anfang des Artikels), die Aufnahme entstand mit einem 200mm Teleobjektiv
Der Grüne Blitz vom 21. Februar 2018 unbeschnitten (es handelt sich das letzte Bild der Serie), die Aufnahme entstand mit einem 200mm Teleobjektiv

Es handelt sich um ein typisches Exemplar einen Grünen Blitzes: aufgenommen bei Sonnenuntergang über dem Meer. Ein Mythos besagt, dass man Grüne Blitze nur am Meer sehen kann, weil nur dort der Horizont „perfekt“ ist. Dass es auch bei Sonnenaufgang über Land geht, konnte ich vor einigen Jahren feststellen. Es soll auch möglich sein, Grüne Blitze beim Mond oder sogar den hellen Planeten zu sehen.

Wie aber entsteht der Grüne Blitz?

Ein anderer Mythos ist bzw. war, dass der Grüne Blitz nur eine Illusion sei, ausgelöst durch eine falsche Farbwahrnehmung des menschlichen Gehirns. Fotos wie das obige beweisen, dass der Blitz real ist. „Real“ heißt aber nicht, dass die Sonne tatsächlich ihre Farbe ändert. Das tut sie nicht – jedenfalls nicht in den nächsten paar Milliarden Jahren, bevor sie zum Roten Riesenstern wird. Bis dahin scheint sie stets mit einer Farbtemperatur von 5778 Kelvin. Das ist unsere Definition von weißem Tageslicht.

Bevor wir das Licht unseres Sterns sehen, muss es die gut 100 Kilometer dicke Gasschicht durchdringen, die wir Erdatmosphäre nennen. Und das hat Folgen.

Die Erdatmosphäre ist nicht gleichmäßig geschichtet. Auf Meereshöhe ist die Luft am dichtesten, da sie durch ihr eigenes Gewicht von der Schwerkraft der Erde zusammengedrückt wird. Nach oben wird die Luft immer dünner. Davon kann man sich im Hochgebirge überzeugen – einfach mal auf 3000 Meter Höhe einen Sprint hinlegen! Zum Weltraum geht die Lufthülle langsam ins Vakuum über.

Aber es gibt Ausnahmen. Manchmal nimmt die Dichte der Luft nicht mit der Höhe ab, sondern sprunghaft wieder zu. Das wird noch wichtig sein. Zunächst aber zur klassischen Erklärung des Grünen Blitzes.

Zerstreut und gebrochen

Luft hat eine andere „Brechzahl“ als das Vakuum. Man sagt, dass Luft „optisch dichter“ ist als das Vakuum. In einem optisch dichteren Medium ist die Lichtgeschwindigkeit etwas kleiner als in einem optisch dünneren Medium. Dadurch wird ein Lichtstrahl aus seiner ursprünglichen Richtung abgelenkt. So funktionieren optische Linsen, zum Beispiel in einem Fotoapparat: Die darin verbauten Glaslinsen sind optisch dichter als die umgebende Luft. Das optisch dünnste Medium ist übrigens das Vakuum – die Vakuumlichtgeschwindigkeit ist daher die höchstmögliche Geschwindigkeit des Lichts (und elektromagnetischer Strahlung).

Lichtstrahlen, die aus dem Weltall kommen, also auch die der Sonne, werden in der Erdatmosphäre abgelenkt oder „gebrochen“, und zwar zur Erdoberfläche hin, wie in der Abbildung gezeigt. Die Sonne steht also eigentlich immer ein bisschen tiefer, als wir sie sehen! Astronomen sprechen von „atmosphärischer Refraktion“.

So lange die Sonne hoch am Himmel steht ist dieser Effekt sehr klein und nicht wahrnehmbar. Steht die Sonne aber tief, muss ihr Licht einen langen Weg durch die dichtesten Atmosphärenschichten zurücklegen. Berührt sie mit ihrem unteren Rand gerade den Horizont, beträgt die Ablenkung ein halbes Winkelgrad, was dem Durchmesser der Sonnenscheibe am Himmel entspricht. Die Sonne ist in diesem Moment also schon untergegangen – wir sehen sie nur noch dank der Refraktion! Ebenfalls durch eine Folge der Refraktion ist die Sonne stark abgeplattet, denn tiefer stehende Teile der Sonnenscheibe werden stärker gebrochen als höhere.

Zur Entstehung des roten und grünen Saums. Bildquelle: atoptics.co.uk
Zur Entstehung des roten und grünen Saums durch Refraktion. Bildquelle: Les Cowley, atoptics.co.uk

Nun kommt Farbe ins Spiel. Denn die Lichtbrechung hängt von der Wellenlänge des Lichts ab: Blaues Licht, also das mit der kürzesten Wellenlänge, wird am stärksten abgelenkt, rotes am wenigsten. Wenn man es so will, sehen wir kurz vor Sonnenuntergang (oder kurz nach Sonnenaufgang) eine nicht ganz perfekte Überlagerung mehrere unterschiedlich stark gebrochener Sonnenbilder, aus unterschiedlichen Wellenlängen und Farben.

Schaut man genau hin (etwa mit Hilfe von Telefotos), erkennt man deshalb am unteren Rand einen feinen roten Saum, am oberen Rand entsprechend einen grünen Saum. Das rote und das grüne Sonnenbild sind wegen der unterschiedlich starken Lichtbrechung gegeneinander verschoben. Wo sie sich nicht mehr überlappen, entsteht der Saum.

Hier ist nun höchste Zeit für die obligatorische Warnung für alle die Sonne betreffende Artikel: Niemals darf man direkt ohne Schutz in die Sonne blicken! Schon gar nicht mit einem Fernglas oder Teleskop! Schwerste Augenschäden und sogar Erblindung wären die Folge! Selbst wenn die Sonne an einem klaren Tag dicht über dem Horizont steht, ist sie noch zu hell. Generell gilt: Ist die Sonne unangenehm hell – nicht hinein starren!

Natürlich fragt sich der aufmersame Leser nun: Sollte der obere Saum denn nicht blau sein statt grün? Schließlich wird Blau doch noch stärker gebrochen als Grün? Die Antwort:  Ja, aber.

An den Gasmolekülen der Atmosphäre wird das Licht – das ja elektromagnetische Strahlung verschiedener Wellenlänge ist – nämlich auch „gestreut“. Salopp formuliert kollidieren die Lichtphotonen mit den Molekülen der Atmosphäre und fliegen danach in irgendeine andere Richtung weiter. Auch die Streuung lenkt das Licht also aus seiner ursprünglichen Richtung ab, im Gegensatz zur Brechung allerdings in einer völlig chaotischen Weise. Auch die Streuung ist umso stärker, je kleiner die Wellenlänge des Lichts ist. Blaues Licht trifft es wieder am härtesten: Das Licht des Taghimmels ist nichts anderes als gestreutes blaues Sonnenlicht – deshalb ist der Himmel blau!

Weißes Licht setzt sich aus Elektromagnetischer Strahlung verschiedener Wellenlänge zusammen: Violettes und blaues Licht ist kurzwellig (links), rotes Licht langwellig (rechts). Bild: Von Tatoute and Phrood - Unbekannt, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=504689
Weißes Licht setzt sich aus verschiedenen Wellenlängen zusammen: Violettes (das man aber weniger stark wahrnimmt) und blaues Licht sind kurzwellig (links), rotes Licht ist langwellig (rechts). Bild: Von Tatoute and Phrood , CC BY-SA 3.0

Näher am Horizont muss das Sonnenlicht aus Sicht eines Beobachters auf der Erde einen längeren Weg durch die Atmosphäre zurücklegen. Dass blaue Licht ist irgendwann fast vollständig „weg gestreut“. Übrig bleibt ein farbverschobenes Sonnenbild: Je tiefer am Horizont, desto mehr sieht die Sonne gelb, dann orange und schließlich rot aus – wobei die genaue Farbe zusätzlich von der Konzentration von Staub und anderen Aerosolen in der Atmosphäre abhängt.

Direkt über dem Horizont ist also schlicht kein blaues Licht mehr übrig – den oberen Saum bildet dann das Licht mit der nächst größeren Wellenlänge, also Grün. Ist die Luft extrem klar, also weitgehend frei von Aerosolen und Wasserdampf, kann ein Rest Blau durchkommen. Dann sieht der Saum tatsächlich blau aus. Es gibt dementsprechend auch einen „Blauen Blitz“. Der ist allerdings noch viel seltener ist als die grüne Variante!

Viele Erklärungen des Grünen Blitzes enden hier. Der Blitz ist demnach der letzte Sonnenstrahl des grünen Saums, der von der untergehenden Sonne (oder der erste der aufgehenden) noch sichtbar ist. Klingt logisch, hat aber zwei Schönheitsfehler. Der grüne Saum ist viel zu dünn, um ihn mit dem bloßen Auge sehen zu können. Auch würde man den Grünen Blitz weit häufiger sehen können, wenn die klassische Refraktion und Streuung die einzigen Zutaten wären. Es fehlt noch eine weitere.

Die Fata Morgana hilft

Der Effekt, der für die notwendige Verstärkung sorgt, ist die Luftspiegelung. Eine Luftspiegelung kennt man meist unter dem Begriff „Fata Morgana“. Bestimmt jeder hat schon mal eine solche Erscheinung über einer heißen Asphaltstraße gesehen: Weiter entfernte Teile der Straße scheinen über den näherliegenden Abschnitten zu „schweben“.

Der Grund dafür ist eine warme Luftschicht, die sich im Laufe eines sonnigen Tages über dem Erdboden oder dem Meer gebildet hat. Diese Luft hat eine geringere Dichte als die darüber liegenden kühle Luft und ist damit auch optisch „dünner“. Die Luftschicht kehrt die oben beschriebene Atmosphärenschichtung (unten dicht, oben immer dünner) um!

Die Verstärkung des grünen Saums durch eine Luftspiegelung. Bildquelle: Les Cowley, atoptics.co.uk
Die Verstärkung des grünen Saums durch eine Luftspiegelung. Bildquelle: Les Cowley, atoptics.co.uk

Lichtstrahlen, die uns von einem astronomischen Objekt durch die erhitzte Luftschicht erreichen, werden nun anders gebrochen, nämlich von der Erde weg, wie in der Abbildung dargestellt. Eigentlich findet also bei der Luftspiegelung keine Spiegelung statt, sondern erneut eine Brechung.

Simulation der "Etruskischen Vase" und des Grünen Blitzes. Bild: Andrew. T. Young
Simulation der “Etruskischen Vase” und des Grünen Blitzes. Bild: Andrew. T. Young

Man sieht also zwei Sonnenbilder – eines durch die direkt einfallenden Sonnenstrahlen und ein umgedrehtes, das durch die Spiegelung zustande kommt. Beide Bilder überlagern sich im Moment des Sonnenuntergangs. Man erkennt das aber erst, wenn die Sonne den Horizont berührt. Dann scheint sie am unteren Ende wieder breiter zu werden – sie vereinigt sich mit dem gespiegelten Sonnenbild. Die Animation (links) zeigt eine Simulation dieses auch „Etruskische Vase“ genannten Phänomens. Sieht man eine solche Form kurz vor Sonnenuntergang, heißt das „Alarmstufe Rot“ für den Grünen Blitz!

Um nun den grünen Blitz sehen zu können, muss man sich oberhalb der warmen Luftschicht befinden.  Die Übergangsschicht warme Luft/kühle Luft verzerrt die Sonnenbilder nämlich auch in vertikaler Richtung. Dadurch wird der obere, grüne Saum der Sonne im Moment des Untergangs verbreitert und der letzte Zipfel der Sonne, der noch über dem Horizont erscheint, färbt sich auffallend grün. Das ist der Grüne Blitz!

Der Blitz ist meist nur für eine oder zwei Sekunden zu sehen, selten auch etwas länger. Fürs Fotografieren empfiehlt es sich deshalb, die Serienbildfunktion zu verwenden und so viele Bilder wie möglich hintereinander zu schießen. Auf einigen wenigen wird dann (hoffentlich) der Blitz zu sehen sein.

Was ich hier beschrieben und gezeigt habe, ist die häufigste Variante des Grünen Blitzes: der „inferior mirage green flash“ (eine vernünftige deutsche Übersetzung ist mir nicht bekannt). Je nachdem, wie die genaue Temperaturschichtung der Atmosphäre aussieht, in welcher Höhe die warme Luftschicht liegt, ob Wolken vorhanden sind und je nach Höhe des Beobachters über dem Horizont , können Grüne Blitze unterschiedliche Ausprägungen annehmen. Auch jeder Sonnenuntergang sieht schließlich anders aus! Wenn mir mal eine andereArt von Blitz vor die Linse läuft, werde ich darüber bloggen!

Wer solange nicht warten will, dem seien folgende Linktipps ans Herz gelegt: Die meiner Meinung nach beste Seite zum Thema Grüner Blitz stammt von Andrew T. Young. Hier werden auch andere (seltenere) Blitzvarianten beschrieben. Auch die Webseiten von Les Cowley befassen sich ausführlich mit dem Phänomen. Letztere sind für mich der erste Anlaufpunkt im Internet, wenn es um Phänomene in der Erdatmosphäre geht! Dank geht an beide für die freundliche Genehmigung, ihr Bildmaterial hier verwenden zu dürfen!

Nachtrag 23.10.: Nach einem Emailaustausch mit Andrew Young bin ich mir nun nicht mehr so sicher, dass es sich bei meinem Blitz um einen klassischen inferior mirage green flash gehandelt hat. Den sieht man Young zufolge (und er ist der Experte) nämlich eher auf Meeresniveau bzw. wenigen 10 Metern darüber. Ich stand hingegen auf fast 600m Meereshöhe.

Demnach war es woch eher ein “mock-mirage green flash“, der über einer Wolkenschicht entsteht. Komisch nur, dass ich auf meinen Bildern keine Spur von Wolken am Horizont erkennen kann – die müssen sehr weit weg gewesen sein! Bloggen macht schlau.

2 thoughts on “Endlich erwischt: Der “Grüne Blitz”

  1. Thomas Schiffer 2018-10-23 / 17:06

    Hallo Jan,
    dass ist mal wieder ausgesprochen gute journalistische Qualität, die Du uns hier umsonst
    zur Verfügung stellst. Der Informationsgehalt und die Visualisierung sind auch für den Laien
    gut verständlich aufbereitet.
    Wenn man das Phänomen nicht selbst gesehen hat, schreibt man es schnell der Phantasie zu.
    Auch ich hatte das Glück im März 2018 (auf LP) den grünen Blitz fotografisch festzuhalten.
    Vielen Dank für die Recherche und Dokumentation!
    CS, Thomas

    • janhattenbach 2018-10-23 / 17:25

      Tja Thomas, wie Illona Christen gehe ich den Dingen ganz gerne auf den Grund. So habe ich denn auch erfahren, dass mein Blitz doch eher ein selteneres Exemplar war (siehe den nachtrah oben).
      Letztlich findet man die meiste Information schon in den weiten des Internetzes. Und sonst muss man eben nur die richtigen Leute fragen. Mehr mache ich eigentlich nicht…
      Dennoch: Danke für dein Lob!

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