Atmosferische refractie: 5 verrassende effecten op wat we zien
Atmosferische refractie is de afbuiging van licht door de atmosfeer van de aarde. Deze lichtbreking kan veranderen hoe hemellichamen er vlak boven de horizon uitzien. Zo kan de maan afgeplat lijken en kunnen we de zon zien terwijl die zich geometrisch al onder de horizon bevindt.
Wil je het zelf zien? Gebruik de kalender in Sky Tonight om te ontdekken wanneer en waar de zon of maan op jouw locatie opkomt of ondergaat, en let bij de horizon op deze effecten. We bekijken hoe atmosferische refractie ontstaat en op welke vijf verrassende manieren ze verandert wat we aan de hemel zien: van een afgeplatte zon bij zonsondergang tot de vluchtige groene flits.
Inhoud
- 1. Een afgeplatte zon
- 2. Een vroegere zonsopkomst en latere zonsondergang
- 3. Een afgeplatte maan
- 4. Verschoven sterren
- 5. De groene flits
- Hoe werkt atmosferische refractie?
Atmosferische refractie: veelgestelde vragen
- Laat atmosferische refractie sterren fonkelen?
- Laat atmosferische refractie de zon groter lijken?
- Kan atmosferische refractie een object onder de horizon zichtbaar maken?
- Is atmosferische refractie sterker in de winter?
- Waarom komt de zon niet altijd op of gaat ze niet onder op het voorspelde tijdstip?
- Verandert atmosferische refractie de kleur van de zon of maan?
- Waarom verdwijnt de maan niet tijdens een totale maansverduistering?
- Komt atmosferische refractie ook in de ruimte voor?
- Ondersteunt atmosferische refractie de platte-aardetheorie?
- Atmosferische refractie: de belangrijkste punten
1. Een afgeplatte zon
Een van de eenvoudigste manieren om atmosferische refractie te herkennen, is foto's van de ondergaande zon bekijken. In plaats van een perfecte cirkel zie je soms een afgeplat ovaal. Dat komt doordat het licht van de onderkant van de zon sterker wordt gebroken dan dat van de bovenkant.
Als de zon de horizon nadert, gaat het licht van haar onderrand door dichtere lagen van de atmosfeer, langs een baan die meer lichtbreking veroorzaakt. Daardoor wordt de onderrand verder omhoog verschoven dan de bovenrand. De schijnbare verticale diameter van de zon wordt zo kleiner, terwijl de horizontale diameter vrijwel gelijk blijft.
Het effect kan extra opvallend zijn wanneer luchtlagen bij de horizon sterk in temperatuur verschillen. Door die verschillen kan het zonlicht ongelijkmatig afbuigen, waardoor de zonneschijf uitgerekt, in segmenten verdeeld of zelfs dubbel lijkt.
Een bijzonder voorbeeld is de omegazon, waarbij de ondergaande zon op de Griekse letter Ω lijkt. Dit gebeurt wanneer atmosferische refractie onder de echte zon een omgekeerd beeld ervan vormt en de twee beelden bij de horizon lijken samen te smelten.
Probeer het zelf: Vergelijk een foto van de zon bij de horizon met een foto waarop de zon hoger aan de hemel staat. Het verschil in vorm kan verrassend duidelijk zijn. Gebruik bij het fotograferen of waarnemen van de zon altijd geschikte zonnefilters en veilige waarneemmethoden.
Benieuwd naar meer bijzondere verschijnselen aan de hemel? Test je kennis met onze quiz over atmosferische verschijnselen!
2. Een vroegere zonsopkomst en latere zonsondergang
Een verrassend feit: wanneer je bij zonsopkomst het eerste randje van de zon ziet verschijnen, kan de hele zon zich geometrisch nog onder de horizon bevinden. Atmosferische refractie buigt zonlicht af, waardoor de zon hoger lijkt te staan dan ze werkelijk staat. Hetzelfde effect treedt op bij zonsondergang: de zon blijft zichtbaar nadat ze geometrisch al onder de horizon is gezakt.
In zeldzame gevallen kan dit effect heel sterk zijn. Een voorbeeld is het Nova Zembla-effect, dat poolreizigers in 1597 beschreven. Een sterke temperatuurinversie, met warmere lucht boven koudere lucht vlak bij het aardoppervlak, kan zonlicht langs de kromming van de aarde afbuigen. Daardoor is de zon al zichtbaar voordat de poolnacht normaal gesproken zou eindigen. De zon kan er ook ongewoon uitgerekt uitzien of in horizontale banden zijn verdeeld.
Probeer het zelf: Leg een munt op de bodem van een leeg, ondoorzichtig kopje. Breng je ogen zo laag dat de rand van het kopje de munt volledig aan het zicht onttrekt. Houd je hoofd stil en giet langzaam water in het kopje. De munt komt geleidelijk weer in beeld! Het licht van de munt verandert namelijk van richting wanneer het van water naar lucht gaat. Daardoor bereikt het je ogen, ook al blokkeert de rand nog steeds het rechtstreekse zicht. Op vergelijkbare wijze buigt de aardatmosfeer zonlicht af, zodat de zon zichtbaar is terwijl ze al onder de horizon staat.
Hoeveel langer maakt atmosferische refractie de dag?
Door atmosferische refractie lijkt de zon een paar minuten eerder op te komen en een paar minuten later onder te gaan dan wanneer de aarde geen atmosfeer zou hebben. Het precieze verschil hangt af van de breedtegraad, het seizoen en de atmosferische omstandigheden.
Er is nog een belangrijk detail: zonsopkomst en zonsondergang worden bepaald door het moment waarop de bovenrand van de zon aan de horizon verschijnt of verdwijnt, niet het middelpunt.
Bij astronomische berekeningen wordt meestal rekening gehouden met twee effecten:
- Atmosferische refractie: Ongeveer 34′ bij de horizon.
- Schijnbare straal van de zon: Ongeveer 16′.
Samen verklaren deze effecten waarom zonsopkomst en zonsondergang normaal worden berekend voor het moment waarop het geometrische middelpunt van de zon ongeveer 50′ (0,83°) onder de horizon staat.
Dit verklaart ook een bijzonder kenmerk van de equinoxen. Een equinox wordt vaak omschreven als een dag met 12 uur daglicht en 12 uur duisternis, maar op de meeste plaatsen duurt het daglicht in werkelijkheid iets langer dan 12 uur. Atmosferische refractie houdt de zon langer zichtbaar, en doordat zonsopkomst en zonsondergang aan de hand van de bovenrand worden bepaald, komt daar nog wat daglicht bij.
3. Een afgeplatte maan
Ook de maan is heel geschikt om atmosferische refractie te bekijken. Wanneer de volle maan opkomt of ondergaat, ziet ze er soms duidelijk afgeplat uit, vooral langs de onderrand.
De verklaring is dezelfde als bij de zon: het onderste deel van de maan wordt verder omhoog verschoven dan het bovenste deel. Door atmosferische omstandigheden kan de maanrand er ook golvend, onregelmatig of ongewoon vervormd uitzien.
Probeer het zelf: Zoek een plek met vrij zicht op de horizon en bekijk de volle maan terwijl ze opkomt of ondergaat. Let op een licht afgeplatte vorm of onregelmatige randen. Naarmate de maan hoger komt te staan, zou de schijf ronder en minder vervormd moeten lijken.
Laat atmosferische refractie de maan groter lijken?
Nee! Dit is een van de meest voorkomende misverstanden over atmosferische refractie.
De maan lijkt vaak enorm als ze dicht bij de horizon staat, vooral boven gebouwen, bomen of bergen. Dit verschijnsel, de maanillusie, heeft echter vooral te maken met de manier waarop onze hersenen visuele informatie verwerken.
Gewone atmosferische refractie vergroot de maan niet. Ze drukt alleen de verticale diameter bij de horizon iets samen. Denk er dus aan wanneer de maan de volgende keer reusachtig boven de horizon lijkt: die schijnbare grootte is grotendeels een illusie, maar de afgeplatte vorm is een echt atmosferisch effect.
Probeer het zelf: Fotografeer de volle maan kort na maanopkomst en maak diezelfde nacht nog een foto wanneer ze hoger aan de hemel staat. Gebruik dezelfde camera en brandpuntsafstand en vergelijk de horizontale en verticale diameters van de maan zonder een van beide foto's te vergroten of te verkleinen. Onder normale omstandigheden blijft de breedte vrijwel gelijk, terwijl de hoogte bij de horizon kleiner is. De afplatting laat de lichtbreking zien; de vrijwel gelijke breedte toont aan dat de vertrouwde indruk van een reusachtige maan aan de horizon een illusie is.
4. Verschoven sterren
Door atmosferische refractie lijken sterren iets hoger te staan dan hun geometrische posities. Het effect is het sterkst bij de horizon, waar een ster zelfs zichtbaar kan blijven terwijl ze zich geometrisch al onder de horizon bevindt.
De verschuiving is doorgaans te klein om de vertrouwde vormen van sterrenbeelden sterk te veranderen, maar speelt wel een rol bij nauwkeurige astronomische metingen.
Atmosferische refractie kan ook de schijnbare afstand tussen hemellichamen tijdens conjuncties iets veranderen, vooral als ze op verschillende hoogten staan. Ze kan eveneens invloed hebben op nauwkeurige waarnemingen van bedekkingen.
5. De groene flits
Een van de boeiendste effecten die met atmosferische refractie samenhangen, is de groene flits: een kort groen lichtverschijnsel aan de bovenrand van de zon, dat soms bij zonsopkomst of zonsondergang zichtbaar is.
De groene flits lijkt meestal niet op de spectaculaire lichtuitbarsting die je misschien in Pirates of the Caribbean hebt gezien. Vaker verschijnt er een klein groen vlekje of een los strookje aan de bovenrand van de zon. De meest voorkomende vormen duren ongeveer één of twee seconden, al kunnen sommige zeldzame varianten tot ongeveer 15 seconden aanhouden.
Groene flitsen worden meestal met de zon in verband gebracht, maar ze kunnen ook voorkomen bij de randen van de maan en heldere planeten zoals Venus en Mercurius. Die flitsen zijn veel moeilijker waar te nemen, maar zijn wel gefotografeerd.
Hoe ontstaat de groene flits?
Zonlicht bevat verschillende kleuren, en de atmosfeer van de aarde buigt elke kleur net iets anders af. Kortere golflengten, zoals die van blauw en groen licht, worden sterker gebroken dan de langere golflengten van rood licht. Deze kleurscheiding door verschillen in lichtbreking heet atmosferische dispersie.
Bij zonsondergang verdwijnen rood en geel licht als eerste onder de horizon, omdat ze minder sterk worden gebroken. Groen licht wordt sterker afgebogen en kan daardoor nog even zichtbaar blijven. Blauw en violet licht worden nog sterker afgebogen, maar de atmosfeer verstrooit het grootste deel ervan in andere richtingen. Daardoor is groen meestal de laatste kleur die we duidelijk kunnen zien voordat de zon verdwijnt. Bij de meest voorkomende vormen van de groene flits vergroot een luchtspiegeling het anders uiterst dunne groene randje, waardoor het zichtbaar wordt. Een uitgebreidere uitleg vind je in deze wetenschappelijke gids over groene flitsen.
Hoe kun je de groene flits zien?
De kans op een groene flits is het grootst wanneer:
- De horizon vrij is van obstakels, bijvoorbeeld boven de oceaan.
- De atmosfeer vrij helder is, met weinig nevel of bewolking bij de horizon.
- De ondergaande zon bij de horizon ongewoon vervormd lijkt. Dat kan wijzen op gunstige temperatuurverschillen tussen de luchtlagen.
- De zon op het punt staat onder de horizon te verdwijnen.
Groene flitsen kunnen ook bij zonsopkomst optreden. Ze zijn dan meestal moeilijker te zien, omdat je precies moet weten waar de zon zal verschijnen.
Veiligheidswaarschuwing: Staar nooit naar de felle zon en bekijk haar niet door een verrekijker, telescoop of cameralens zonder geschikt filter. Gebruik voor rechtstreekse zonwaarnemingen gecertificeerde oogbescherming en geschikte zonnefilters.
Benieuwd naar andere bijzondere hemelverschijnselen? Ontdek meer astronomische effecten die je overdag kunt waarnemen.
Hoe werkt atmosferische refractie?
De atmosfeer van de aarde bestaat uit luchtlagen met verschillende dichtheden. Dichter bij de grond is de lucht doorgaans dichter. Wanneer licht door deze lagen gaat, verandert de richting een beetje. Onze ogen interpreteren het binnenkomende licht alsof het in een rechte lijn heeft gereisd. Daardoor lijken hemellichamen hoger te staan dan ze werkelijk staan.
Het effect is het sterkst bij de horizon, waar het licht een langere weg door de atmosfeer aflegt. Onder normale omstandigheden kan refractie een object aan de horizon ongeveer 34 boogminuten (0,57°) omhoog verschuiven: iets meer dan de schijnbare diameter van de volle maan.
Zo verandert het effect met de schijnbare hoogte van een object, oftewel hoe hoog het boven de horizon lijkt te staan:
| Schijnbare hoogte | Benaderde refractie |
|---|---|
| 0° (horizon) | 34′ |
| 5° | 10′ |
| 10° | 5′ |
| 20° | 3′ |
| 45° | 1′ |
| 90° (zenit) | 0′ |
De waarden zijn bij benadering. De werkelijke refractie hangt af van de temperatuur en druk van de atmosfeer en van andere omstandigheden.
Een boogminuut (′) is 1/60 van een graad. Bekijk onze infographic over het meten van afstanden aan de hemel om deze maten beter te begrijpen.
Atmosferische refractie: veelgestelde vragen
Laat atmosferische refractie sterren fonkelen?
Ja, maar indirect. Sterren fonkelen doordat turbulente lucht voortdurend verandert hoe hun licht wordt gebroken, waardoor ze lijken te flikkeren. Dat verschilt van gewone atmosferische refractie, die hun schijnbare posities verschuift. Lees in ons aparte artikel meer over waarom sterren fonkelen.
Laat atmosferische refractie de zon groter lijken?
Nee. Gewone atmosferische refractie laat de zon doorgaans iets afgeplat lijken, niet groter. De onderrand wordt verder omhoog verschoven dan de bovenrand.
Kan atmosferische refractie een object onder de horizon zichtbaar maken?
Ja. Refractie kan licht van een object dat zich geometrisch onder de horizon bevindt zo afbuigen dat het de waarnemer bereikt. Daarom kan de zon nog even zichtbaar blijven nadat haar geometrische positie onder de horizon is gezakt.
Is atmosferische refractie sterker in de winter?
Niet noodzakelijk, al kan koudere en dichtere lucht de refractie versterken als de overige omstandigheden gelijk blijven. Het effect hangt af van de luchtdruk, de temperatuur en de manier waarop de luchtdichtheid met de hoogte verandert. Abrupte temperatuurverschillen en temperatuurinversies kunnen ook ongewoon sterke refractie veroorzaken.
Waarom komt de zon niet altijd op of gaat ze niet onder op het voorspelde tijdstip?
Berekeningen van zonsopkomst en zonsondergang gaan uit van gemiddelde atmosferische omstandigheden en een vlakke horizon. In werkelijkheid kunnen wisselende luchttemperaturen de refractie beïnvloeden. Daardoor kan het waargenomen tijdstip een minuut of meer afwijken van de voorspelling, zelfs bij vrij zicht op de zeehorizon. Heuvels, bergen en de hoogte van je waarneemplek kunnen nog grotere verschillen veroorzaken. Plan je waarnemingen met een sterrenkijkapp, zorg dan dat je een paar minuten vóór het voorspelde tijdstip klaarstaat.
Verandert atmosferische refractie de kleur van de zon of maan?
Atmosferische refractie kan kleuren iets van elkaar scheiden, zoals bij de groene flits. De bekende oranje of rode kleur van de zon en maan bij de horizon ontstaat echter vooral door atmosferische verstrooiing, niet door refractie. Wanneer zonlicht of maanlicht een langere weg door de atmosfeer aflegt, worden kortere golflengten sterker in andere richtingen verstrooid, waardoor warmere kleuren overheersen.
Waarom verdwijnt de maan niet tijdens een totale maansverduistering?
Tijdens een totale maansverduistering blokkeert de aarde het rechtstreekse zonlicht naar de maan. Toch buigt de aardatmosfeer een deel van het zonlicht af naar de aardschaduw, waardoor het alsnog het maanoppervlak bereikt. Tegelijk verstrooit de atmosfeer veel van het blauwe licht, wat de maan een roodachtige kleur geeft. Lees meer over dit verschijnsel in onze gids over maansverduisteringen.
Komt atmosferische refractie ook in de ruimte voor?
Astronomische refractie vereist een atmosfeer of een ander medium waarin licht kan worden afgebogen. In het vacuüm van de ruimte is er geen atmosferische refractie. Licht kan in de ruimte wel van richting veranderen door zwaartekracht. Dat is een heel ander verschijnsel, bekend als het zwaartekrachtlenseffect.
Ondersteunt atmosferische refractie de platte-aardetheorie?
Nee. Sommige aanhangers van de platte-aardetheorie beweren dat atmosferische refractie verklaart waarom verre objecten onder de horizon verdwijnen of waarom de zon lijkt onder te gaan. Die verklaringen komen echter niet overeen met de manier waarop licht werkelijk door de aardatmosfeer wordt afgebogen. Refractie kan objecten hoger laten lijken dan ze werkelijk staan, maar heft de gevolgen van de aardkromming niet op. Ontdek meer bewijs in ons artikel over 7 manieren om te bewijzen dat de aarde rond is.
Atmosferische refractie: de belangrijkste punten
Atmosferische refractie is een klein maar belangrijk effect dat verandert hoe we de hemel zien. Hemellichamen lijken hoger te staan dan hun werkelijke geometrische posities, de zon en maan worden bij de horizon afgeplat en we krijgen iets meer daglicht. Onder bijzondere omstandigheden kan refractie zelfs spectaculaire optische verschijnselen veroorzaken, zoals groene flitsen.
Voor sterrenkijkers is de nuttigste regel eenvoudig: hoe lager een object boven de horizon staat, hoe sterker de aardatmosfeer het uiterlijk ervan beïnvloedt. Gebruik Sky Tonight om hemellichamen te volgen terwijl ze langs de hemel bewegen. Bekijk ze bij de horizon om refractie in actie te zien, of hoger aan de hemel om de effecten ervan zo klein mogelijk te houden.
