Helligkeit der Nacht

Der Nachthimmel im visuellen Spektralbereich (VIS)
Der Nachthimmel im kurzwelligen Infrarot (SWIR)
Vergleich der Beleuchtungsstärke E_VIS mit der Bstrahlungsstärke E_SWIR - erste Ergebnisse.

Wir gehen seit einiger Zeit der Frage nach, inwieweit Sensoren, die im SWIR (shortwave infrared, kurzwelliges Infrarot, 0,9 – 2,5 µm) empfindlich sind, bei Nacht eingesetzt werden können. Von großem Interesse ist dabei, ob sie die im visuellen Spektralbereich (VIS) im Einsatz befindlichen Kamera- und Bildverstärkersysteme ersetzen bzw. ergänzen können. Bisher müssen für Vergleiche von Kameras, die in unterschiedlichen Spektralbereichen empfindlich sind, Messungen während der Nacht durchgeführt werden. Dies ist aufwendig und nicht immer praktikabel.

Zur Klärung dieser Frage ist von Bedeutung, wie sich die Nachtbeleuchtung im Visuellen (Beleuchtungsstärke EVIS in lx) und SWIR (Bestrahlungsstärke ESWIR in W/m²) vergleichen lassen. Langfristig soll ein »Beleuchtungsstandard« für den kurzwelligen infraroten Spektralbereich etabliert werden – so wie es ihn im Visuellen für Vollmond, Halbmond, Sternenhimmel und bedeckten Sternenhimmel schon gibt.

Um Aussagen dazu treffen zu können, müssen in einem ersten Schritt Daten gesammelt werden. Als hauptsächliche Lichtquelle für die Nachtbeleuchtung dient, neben Mond, Planeten und Sternen, der so genannte Airglow, eine Leuchterscheinung der oberen Erdatmosphäre. Sein nächtliches Auftreten wird Nightglow genannt. Dieser ist in allen Spektralbereichen vom UV bis hin zum langwelligen Infrarot zu beobachten. Besonders intensiv leuchtet er im SWIR zwischen 1,4 µm und 1,8 µm. Als weitere nächtliche Lichtquelle macht sich die vom Menschen verursachte künstliche Beleuchtung (z. B. Straßenlampen, Reklametafeln) immer stärker bemerkbar.

Da sich die astronomischen und besonders die atmosphärischen Parameter von Messnacht zu Messnacht teilweise deutlich ändern, variieren VIS- und SWIR-Beleuchtung stark und lassen sich nur schwer verallgemeinern. Um dieser hohen Variabilität gerecht zu werden, ist eine genügend große Anzahl an Messdaten notwendig. Diese zu erhalten, ist nur mithilfe einer Dauermessung über einen längeren Zeitraum möglich. Solche Messungen werden seit Herbst 2019 nahe Storkow, Brandenburg, durchgeführt. Neben den Beleuchtungsniveaus werden dabei auch die Umweltparameter (Temperatur, Feuchte, Bedeckung, Niederschlag, usw.) gemessen.

Die Grafik zeigt ein erstes, noch vorläufiges Ergebnis vom Vergleich der Beleuchtung in den beiden untersuchten Spektralbereichen. Ein grober Verlauf von links unten nach rechts oben ist zu beobachten. Allerdings streuen die Werte erheblich. Dabei ist die Spannbreite der Beleuchtung im VIS größer als im SWIR, was durch den größeren Einfluss des Mondes zu erklären ist. Wie erwartet und durch erste Analysen bestätigt, hat die Wolkenbedeckung auf die Beleuchtung in beiden Spektralbereichen großen Einfluss. Hierbei ist nicht nur der Grad der Wolkenbedeckung, sondern auch die die Höhe der Wolken über der Erdoberfläche von Bedeutung.

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