Lichtverschmutzung im Raum Basel - Maturaarbeit von Marc Schneider Klasse 4a - Dark-Sky Switzerland
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Lichtverschmutzung
im Raum Basel
Maturaarbeit von
Marc Schneider
Klasse 4a
Betreuungsperson
Dr. Markus Staehelin
Gymnasium Oberwil BL November 2020
4
Lichtverschmutzung im Raum Basel
Maturaarbeit von Marc Schneider
Betreuungsperson
Dr. Markus Staehelin
Korreferent
Samuel Straumann
5
6
Inhaltsverzeichnis
1 Vorwort 10
1.1 Begründung der Themenwahl 10
1.2 Danksagung 11
2 Einleitung 12
2.1 Lichtverschmutzung 12
2.2 Leitfrage und Hypothese 13
2.3 Zielsetzungen 13
3 Theoretische Grundlagen 14
3.1 Entwicklung der globalen Lichtverschmutzung 14
3.1.1 Einfluss auf die astronomische Beobachtung des Firmaments 16
3.1.2 Einfluss auf die natürliche Umwelt 16
3.2 Strahlungs- und Lichttechnik 22
3.2.1 Die Streuung des Lichts 22
3.2.2 Das Abstandsgesetz 22
3.2.3 Helligkeitsempfinden des menschlichen Auges 22
3.2.4 Die Beleuchtungsstärke 24
3.2.5 Der Raumwinkel 24
3.2.6 Candela 25
3.2.7 Die Leuchtdichte 25
3.2.8 Gegenüberstellung dieser Grössen 26
3.3 Strahlungs- und Lichttechnik in der Astronomie 27
3.3.1 Die scheinbare Helligkeit 27
3.3.2 Der Raumwinkel ausgedrückt in Grad 27
3.3.3 Die Flächenhelligkeit 28
3.4 Die Bortle-Skala 29
3.5 Die Dunkeladaption 32
3.6 Die Dämmerung 33
7
4 Material und Methoden 34
4.1 Sky Quality Meter 34
4.1.1 Technische Daten des SQM-L 35
4.2 Vorgehen 36
4.2.1 Wann und wo messen? 36
4.2.2 Durchführung der Messungen 37
5 Resultate 46
5.1 Messresultate 46
5.1.1 Erster Messungsabend 46
5.1.2 Zweiter Messungsabend 47
5.1.3 Dritter Messungsabend 47
5.1.4 Vierter Messungsabend 48
5.2 Kastengrafik 49
6 Diskussion 52
6.1 Interpretation der Resultate 52
6.1.1 1. Messung „Gempen“ 52
6.1.2 Vergleich meiner Messwerte 52
6.1.3 Ranking der Standorte 54
6.1.4 Einschätzung der Bortle-Skala 55
6.2 Vergleich mit anderen Quellen 56
6.2.1 Lichtverschmutzungskarte 56
6.2.2 Helligkeitsvergleiche 57
8
6.3 Fehlerquellen und äussere Einflüsse 58
6.3.1 Uhrzeit 58
6.3.2 Luftfeuchtigkeit 58
6.3.3 Firmament 58
6.3.4 Beleuchtung 59
6.3.5 Wetter 59
6.4 Verbesserungsmöglichkeiten der Untersuchung 60
6.4.1 Verringerung der Fehlerquellen 60
6.4.2 Allgemeine Probleme 60
6.4.3 Erweiterung der Untersuchung 61
6.5 Problematik Lichtverschmutzung 62
6.5.1 Lampentyp 63
6.5.2 LED-Installationen 64
6.5.3 Fazit LED-Leuchten im Raum Basel 72
7 Schlusswort 74
7.1 Erkenntnisse 74
7.2 Selbstreflexion 75
8 Verzeichnisse 76
8.1 Literaturverzeichnis 76
8.2 Abbildungsverzeichnis 79
8.3 Tabellenverzeichnis 84
9 Selbstständigkeitserklärung 85
9
1 Vorwort
1.1 Begründung der Themenwahl
Seit meiner Kindheit interessiere ich mich für die Astronomie, dabei ist mir aber schon immer aufgefallen,
dass der Nachthimmel nicht überall gleich gut zu bestaunen ist. Daher bin ich ziemlich schnell auf die Idee
gekommen, dass ich das Thema der Lichtverschmutzung aufgreifen könnte.
Zu Beginn war ich unsicher, wie ich dieses Thema angehen soll, weil man in viele verschiedene Themenge-
biete eintauchen kann. Zudem war ich überrascht, was alles mit dieser Problematik zusammenhängt. Man
könnte mehrere Maturaarbeiten schon nur über die biologischen Aspekte, die damit verbunden sind,
verfassen. Da ich aber schon zu Beginn etwas Praktisches machen wollte, hat sich die Untersuchung der
Lichtverschmutzung mit eigenen Messungen sehr gut dafür geeignet. Weil ich schon einmal von einem
„Sky Quality Meter“ gehört hatte, wusste ich, dass dies durchaus umsetzbar ist.
Zuerst wollte ich selbst ein solches Messgerät bauen. Ich habe aber schnell bemerkt, dass alleine der Bau
praktisch die ganze Maturaarbeit beanspruchen würde. Während der Themenfindung im Februar und
März 2020, war die Corona Pandemie voll im Gange. Es war somit zu erwarten, dass die Einzelteile welche
man für den Bau benötigt, sich entweder um Wochen verspäten, oder gar nicht geliefert werden können.
Diese Idee habe ich also verworfen. In meiner Arbeit konnte ich somit gezielter auf die Lichtverschmut-
zung als solches eingehen. Beim Bau des Messgeräts, wäre ansonsten die Digitalelektronik im Vorder-
grund gestanden. Mit dem Erwerb eines bereits einsetzbaren Sky Quality Meter‘s, habe ich also einen
guten Kompromiss gefunden.
101.2 Danksagung
Ich möchte mich bei all denjenigen Personen bedanken, welche mich in irgendeiner Weise während mei-
ner Maturaarbeit unterstützt haben.
Ausserdem geht mein Dank an Dr. Timm-Emmanuel Riesen und Dr. Peter Schlatter von der Universität
Bern. Meine fachspezifischen Verständnisfragen in der Licht- und Strahlungstechnik, konnten sie mir rest-
los beantworten, was mir natürlich sehr weitergeholfen hat.
Ich durfte zwei interessante Gespräche, mit Alexander Binggeli vom Tiefbauamt des Kantons Baselland-
schaft und Markus Kehl vom Werkhof Therwil, führen. Nach meiner Anfrage an einige Gemeinden in der
Region, habe ich von gewissen eine Antwort erhalten. Ich bedanke mich bei Daniel Papp von der Ge-
meinde Allschwil, Daniel Bächler von der Gemeinde Binningen, Sabine Pfammater von der Gemeinde
Bottmingen und Matthew Hamblin von der Gemeinde Oberwil, für die Zustellung der verschiedenen In-
formationen.
Die unkomplizierte Zusammenarbeit mit meiner Betreungsperson Dr. Markus Staehelin, empfand ich aus-
serdem als sehr angenehm. Bei inhaltlichen sowie formellen Nachfragen, habe ich immer eine zufrieden-
stellende Antwort erhalten.
Ohne die Hilfe meines Vaters, wären gewisse Messungen nicht so einfach möglich gewesen. Ich konnte
durch das Chauffieren viel Zeit sparen und sogar zweimal meine Messungen auf dem Gempen durchfüh-
ren. Die nächtlichen Rundfahrten auf leeren Strassen, waren auch während des Corona Lockdowns eine
gesunde Abwechslung.
112 Einleitung
2.1 Lichtverschmutzung
Die Lichtverschmutzung, welche auch als Lichtsmog bezeichnet wird, ist eine immer noch wenig bekannte
Form der Umweltverschmutzung. Bei der Lichtverschmutzung handelt es sich nicht um die Verschmut-
zung des Lichtes, wie man zuerst meinen könnte. Es ist nämlich die Verschmutzung des Nachthimmels mit
zusätzlich künstlichem Licht, welches nicht von natürlich leuchtenden Gestirnen stammt, sondern von den
Dörfern, Städten und Metropolen dieser Welt.
Die Lichtverschmutzung ist in dem Bereich anzusiedeln, bei welchem der Mensch zu hundert Prozent
für die Verschmutzung verantwortlich ist. So gehört zum Beispiel das Littering (achtloses wegschmeissen
von Müll) auch in diesen Bereich. Zugleich gibt es Arten der Umweltverschmutzung, beispielsweise der
erhöhte CO2-Ausstoss, welcher nicht nur durch den Menschen beeinflusst wird. Das Interessante dabei
ist, dass man theoretisch gesehen, von der einen auf die andere Sekunde diese Umweltverschmutzung
„beseitigen“ könnte, indem man „den Lichtschalter umlegt“. Bei allen anderen Umweltverschmutzungen
wäre dies nicht möglich.
Die Lichtverschmutzung ist ein globales Problem, welches auf viele verschiedene Dinge dieser Welt, einen
Einfluss hat. Der Nachthimmel wird in vielen Städten so stark aufgehellt, dass man von tausenden be-
obachtbaren Sternen nur noch wenige hunderte von blossem Auge sehen kann. Es ist jedoch nicht nur
die Astronomie, welche das Nachsehen hat, denn auch die Tierwelt wird in vielerlei Hinsicht durch dieses
künstliche Licht beeinflusst. Nicht zuletzt sind es wir selbst die uns schaden, denn auch wir werden immer
stärker durch zu viel Licht zur falschen Zeit aus dem Rhythmus gebracht.
122.2 Leitfrage und Hypothese
Auch in der Region Basel ist eine gewisse Lichtverschmutzung vorzufinden. Ich möchte allerdings heraus-
finden, ob sich Unterschiede in der Region feststellen lassen und wie sich die Messresultate im Bezug zum
Messort verhalten. Meine Leitfrage lautet daher:
Wie stark ist die Verschmutzung des Sternenhimmels durch künstliches Licht im Raum Basel und sind
Unterschiede dieser Verschmutzung erkennbar?
Je näher man sich zur Stadt Basel hinbewegt (um die Himmelshelligkeit zu messen), desto stärker müsste
der Nachthimmel erhellt sein. Dies sollte so sein, da es in Richtung der Stadt, zunehmend mehr Strassen-
beleuchtung und sonstige Aussenbeleuchtung an Gebäuden oder ähnlichem gibt. Ausserdem habe ich
das Gefühl, dass man auf jeden Fall Unterschiede in der Region erkennen kann. Aus meiner Erfahrung
kann ich nur sagen, dass man die eingeschränkte Sicht auf den Nachthimmel in der Stadt sofort erkennt,
wenn man schon einmal das Firmament auf dem Land beobachtet hat. Wie stark allerdings die Verschmut-
zung relativ zu den dunkelsten Orten auf der Welt ist, hätte man nur abschätzen können, wenn man schon
einmal an einem solchen Ort gewesen wäre.
2.3 Zielsetzungen
In meiner Maturaarbeit möchte ich natürlich meine Leitfrage beantworten. Dies möchte ich mithilfe mei-
ner Untersuchung, Recherche und meinen Überlegungen erreichen, um dann meine neuen Erkenntnisse
niederzuschreiben. Zudem will ich mir neues Wissen im Zusammenhang mit der Lichtverschmutzung und
der Astronomie aneignen.
In meiner Arbeit möchte ich dabei vor allem, auf den praktischen Umstand der Lichtverschmutzung ein-
gehen. Dass bedeutet, es geht mir in erster Linie um die Verbesserung zur Beobachtung des Sternenhim-
mels. Die Umstände im Zusammenhang mit der natürlichen Umwelt, werden nur kurz erläutert.
Zudem soll mich die Maturaarbeit auf das Studium vorbereiten, weil man dort immer wieder ähnliche
Arbeiten verfassen muss. Somit ist es eine gute Gelegenheit, um für sich selbst eine Arbeitsmethode he-
rauszufinden, bei welcher man die zur Verfügung stehende Zeit gut einteilt. Lernen sich zu motivieren ist
auch wichtig, sodass man immer wieder zur gleichen Arbeit zurückkehren kann.
133 Theoretische Grundlagen
3.1 Entwicklung der globalen Lichtverschmutzung
Die Lichtemissionen haben in den letzten Jahrzehnten (1992 bis 2013) sichtbar zugenommen (Abb. 1,
2 und 3). Diese Aufnahmen stammen vom „Wettersatellitenprogramm der USA“, genauer gesagt vom
„Defense Meteorological Satellite Program“ (kurz: DMSP) (Wikipedia, DMSP, 2020). Die einzelnen Satelli-
tenbilder wurden unter wolkenfreien Bedingungen aufgenommen. Für die Kompositaufnahmen hat man
zusätzlich die Stärke der Leuchtkraft, mit der Häufigkeit der Entdeckungsrate multipliziert. Dies führt zu
einer Normalisierung für die Variation der Nachleuchtdauer. Beispielsweise ist somit die Anzeigestärke
für einen Lichtpunkt, welcher nur die Hälfte der Zeit entdeckt wird, um fünfzig Prozent reduziert (Earth Ob-
servation Group, 2020). Es ist zu beachten, dass diese Aufnahmen auch ein Hintergrundrauschen („back-
groundnoise“) besitzen. Daher ist es beispielsweise auf den Ozeanen nicht überall gleich dunkel.
Bei genauerer Betrachtung der Satellitenbilder kann man sehen, dass praktisch überall, wo es seit 1992
Lichtemissionen gab, diese bis im Jahre 2013 zugenommen haben und immer noch zunehmen. In Metro-
polen kann man kaum Veränderungen erkennen, da die Empfänger der Satelliten ohnehin schon in der
Sättigung sind (Earth Observation Group, 2020).
Diese Zunahme der Lichtemissionen lässt sich durch Fortschritt und Wohlstand erklären, denn durch das
Kunstlicht werden Arbeit und Freizeitaktivitäten auch in der Nacht möglich. Zu viel Lichtimmissionen kön-
nen auch den Menschen in seinem Tag-Nacht-Rhythmus beeinflussen (Posch, et al., 2013 S. 7).
Eine deutliche Zunahme ist in denjenigen Ländern zu beobachten, welche in den letzten Jahrzehnten
einen industriellen Schwung erlebt haben, so zum Beispiel China oder Indien. Trotzdem gibt es auch in
bereits industrialisierten Ländern vereinzelte Ballungsräume, in welchen die Lichtverschmutzung in den
letzten Jahren um bis zu dreissig Prozent pro Jahr zugenommen hat (Wikipedia, Lichtverschmutzung,
2020). Grob geschätzt nimmt die weltweite Lichtverschmutzung jedes Jahr um etwa 6 Prozent zu (Posch,
et al., 2013 S. 114).
Unter Emission ist der direkte Ausstoss von etwas gemeint. Bei der Lichtemission ist es die Abstrahlung
von Licht der jeweiligen Lampe. Der Unterschied zur Immission besteht nur darin, was ein Messgerät an
Strahlung empfängt. Je weiter man sich von der Lichtemission entfernt, desto kleiner wird die Lichtimmis-
sion.
14Abbildung 1: Die Erde bei Nacht (Kompositaufnahme des DMSP F10 1992) Quelle: (Earth Observation Group, 2020)
Abbildung 2: Die Erde bei Nacht (Kompositaufnahme des DMSP F15 2000) Quelle: (Earth Observation Group, 2020)
Abbildung 3: Die Erde bei Nacht (Kompositaufnahme des DMSP F18 2013) Quelle: (Earth Observation Group, 2020)
153.1.1 Einfluss auf die astronomische Beobachtung des Firmaments
Die Lichtverschmutzung beeinträchtigt die Beobachtung des Sternenhimmels an vielen Orten auf der
Erde sehr stark. In hell erleuchteten Städten kann man von normalerweise 3‘000 mit blossem Auge zu be-
obachtenden Sternen, nur noch 100 oder weniger erkennen (Posch, et al., 2013 S. 59). Durch die stetige
Zunahme der Lichterflut haben auch die Observatorien, mit diesem Problem zu kämpfen. So zum Beispiel
das Spiegelteleskop auf dem „Palomar Mountain“ in Los Angeles. Heutzutage ist die Möglichkeit dem
Lichtsmog ganz zu entkommen, weltweit sehr begrenzt.
3.1.2 Einfluss auf die natürliche Umwelt
Abgesehen vom Beobachten der Sterne, beeinflusst die Lichtverschmutzung vor allem Tiere in unserer
natürlichen Umwelt. In den letzten zwei Jahrzehnten hat man damit begonnen, verschiedene Einflüsse zu
erforschen. In den nachfolgenden Unterkapiteln, wird anhand von drei Beispielen diese Problematik kurz
erläutert.
3.1.2.1 Insekten
Die Ausführungen dieses Absatzes stammen aus den Büchern „Das Ende der Nacht“ (S. 82 bis S. 109) und
aus „Ist die Welt rund um die Uhr geöffnet?“ (S. 89 bis S. 98).
Die Lichtverschmutzung ist für viele Insekten verheerend. Normalerweise orientieren sich Insekten an na-
türlichen Lichtquellen wie der Sonne (tagaktive Insekten), oder dem Mond und helleren Sternen (nacht-
aktive Insekten). Tagaktive Insekten können von den Strassenlaternen regelrecht „gefangen“ werden. Ge-
wisse Insekten versuchen nämlich einen konstanten Winkel zu ihrer Leuchtquelle zu halten, dass führt zur
Umkreisung der Laterne. Nachtaktive Insekten verfallen hingegen in einen künstlichen Tag, bei welchem
ein starkes Ruheverhalten ausgelöst wird und sie somit für Fressfeinde zur leichten Beute werden. Blen-
dung oder ständiges Umkreisen können auch zu einer Inaktivität führen.
In einer Studie aus dem Jahre 2011, hatte man das Anflugverhalten von Insekten an verschiedenen Orten
wie im Tirol oder Frankfurt am Main, für verschiedene Leuchtmittel untersucht (Abb. 5). Für Quecksilber-
dampflampen ergab sich eine maximale Flugaktivität und eine starke für Metallhalogendampflampen. Die
Natriumdampflampe hatte schon eine deutlich abgeschwächte Flugaktivität. Allerdings erwiesen sich die
LED-Leuchten als klare Sieger. Sie hatten eine minimale Flugaktivität, was etwa der Hälfte im Vergleich zur
Natriumdampflampe und weniger als einem Fünftel der Quecksilberdampflampe entspricht. Wobei unter
den LED-Leuchten selbst, die warmweisse LED das beste Ergebnis erzielte (Abb. 4). Somit haben Lampen
mit Abstrahlung im UV-violetten und blauen Bereich eine grosse Anziehungskraft, hingegen LED-Leuch-
ten eine geringe. Dabei hat man auch herausgefunden, dass an warmen Abenden sehr viele Insekten von
den Lampen angezogen wurden und man an kühleren kaum Anflüge verzeichnete.
16Abbildung 4:
Die LED-Leuchten lockten mit Abstand am wenigsten Insekten an.
Quelle: (Streitt, et al., 2012 S. 95)
Abbildung 5:
Insektenanflugstudie
2011 in Völs/Tirol mit
klarer und diffuser
Abstrahlung von drei
Leuchtmitteln:
LED neutralweiss
(obere Reihe),
LED warmweiss
(mittlere Reihe),
Natriumdampf
(untere Reihe)
Quelle: (Posch, et al.,
2013 S. 99)
173.1.2.2 Vögel
Die Ausführungen dieses Absatzes stammen aus den Büchern „Das Ende der Nacht“ (S. 110 bis S. 137)
und aus „Ist die Welt rund um die Uhr geöffnet?“ (S. 99 bis S. 106).
Für Vögel kann Licht zur falschen Zeit am falschen Ort fatale Folgen haben (Abb. 6). Zu viel Licht in der
Nacht kann den Tagesrhythmus der Vögel verändern, oder lockt die nachts fliegenden Zugvögel in die Irre.
Alleine in den USA und Kanada sterben jährlich zwischen vier und 40 Millionen Vögel durch Kollisionen.
Vögel nutzen unter anderem auch die Sonne und den Sternenhimmel zur Orientierung. Normalerweise
lassen Zugvögel Leuchttürme und dergleichen weit unter sich, wenn allerdings das Wetter schlecht wird,
sinken die Vögel und werden von den künstlichen Lichtquellen verwirrt. Wenn sie dann einen Lande-
platz suchen, werden sie oftmals geblendet, umkreisen eine Lichtquelle bis zur totalen Erschöpfung oder
fliegen in hohe Gebäude. Bei einer Kollision brechen sich die Vögel das Genick oder verletzen sich auf
andere Weise. Viele sind sofort tot und jene denen nicht geholfen wird, kommen später um. Beim hell er-
leuchteten „Post-Tower“ in Bonn (Abb. 7), verloren innerhalb von dreizehn Monaten etwa tausend Vögel
die Orientierung, davon wurde etwa ein Fünftel durch die Kollision sofort getötet.
Seit den Siebzigerjahren ist ausserdem bekannt, dass sich Vögel auch am Magnetfeld orientieren. Aller-
dings ist dazu ein gewisses Restlicht mit einer bestimmten Wellenlänge nötig, damit dieser spezielle Re-
zeptor bei den Vögeln funktioniert. Durch das künstliche Licht funktioniert dieser Rezeptor nicht mehr wie
er sollte, was ebenfalls Desorientierung verursacht.
18Abbildung 7:
Der „Post-Tower“ in Bonn, welcher zur tödlichen Vogelfalle werden kann.
Quelle: (Posch, et al., 2013 S. 117)
Abbildung 6:
Ein Teil der Kollisionsopfer, die Helfer des „Fatal Light Awareness Program“ an einer Handvoll Hoch-
häuser während des Frühjahrs- und Herbstzugs 2009 in Toronto aufgesammelt haben.
Quelle: (Posch, et al., 2013 S. 118)
193.1.2.3 Meeresschildkröten
Die Ausführungen dieses Absatzes stammen aus dem Buch „Das Ende der Nacht“ (S. 138 bis S. 155).
Meeresschildkröten kommen in tropischen und subtropischen Gebieten vor. Sie sind sowohl an den Küs-
ten, als auch auf hoher See zu finden. Die Forschung hat gezeigt, dass auch Schildkröten sich durch geo-
magnetische und visuelle Reize orientieren. Dadurch werden sie durch die hell erleuchteten Städte an den
Küsten fehlgeleitet.
In Florida lebt die weltweit zweitgrösste Population der Spezies „Caretta caretta“. An den Stränden Floridas
werden während der Brutzeit, jährlich mehr als 70‘000 Nester von mindestens 17‘000 verschiedenen
Meeresschildkröten gebaut. Dabei graben die Schildkröten den Sand um und legen darin ihre Eier ab.
Allerdings werden einsame, dunkle Strände bevorzugt, was in der Vergangenheit eine Rarität geworden
ist. Eine Studie des „Florida Marine Research Institute“ hat gezeigt, dass das Licht die Auswahl der Nist-
plätze massgeblich beeinflusst. Somit konzentrieren sich die Nester auf wenige dunkle Strände, was zu
einer erhöhten Sterblichkeit der Jungtiere nach dem Schlüpfen führt. In Florida hat man dafür in vielen
Küstengebieten, Gesetze erlassen, welche die Lichtemissionen regeln (Abb. 8).
Normalerweise finden die Jungtiere nach dem Schlüpfen den sofortigen Weg zum rettenden Meer, durch
die Reflexion des Sternenlichtes und des Mondes an der Wasseroberfläche (Abb. 9). Da die Städte mit
ihren künstlichen Lichtquellen auf der anderen Seite aber viel heller sind, steuern die Jungtiere darauf
zu. Dies hat zur Folge, dass viele Schildkröten an den Dünen hängen bleiben und am nächsten Tag ver-
trocknen. Zudem werden sie zur leichten Beute für die natürlichen Fressfeinde und wenn sie die Strasse
erreichen, werden sie überfahren. Man geht davon aus, dass so jedes Jahr mehrere zehntausende Schild-
krötenjungtiere durch Fehlorientierung sterben.
Abbildung 8:
Übersicht über die Halb-
insel Florida. Einige Küsten-
bereiche und Städte haben
lokale Beleuchtungsverord-
nungen (orange Flächen
und gelbe Punkte), andere
nicht (blaue Flächen).
Quelle: (Posch, et al., 2013
S. 138)
20Abbildung 9:
Frisch geschlüpfte Meeresschildkröten auf ihrem Weg in Richtung Meer.
Quelle: (Posch, et al., 2013 S. 141)
213.2 Strahlungs- und Lichttechnik
In diesem Kapitel werden verschiedene Grösseneinheiten, welche in der Strahlungs- und Lichttechnik ge-
bräuchlich sind, erklärt.
3.2.1 Die Streuung des Lichts
Die sogenannte Rayleigh-Streuung beschreibt die Streuung des Lichts in der Atmosphäre, welche durch
die Luft verursacht wird. Aerosole, Dunst (hohe Luftfeuchtigkeit) und Staubpartikel verstärken diesen Ef-
fekt zusätzlich (Wikipedia, Rayleigh-Streuung, 2020). So lässt sich die Beobachtung von Lichtglocken über
Städten erklären, denn nach oben abgestrahltes Licht trifft auf die Atmosphäre und somit auf viele Parti-
kel. Das ausgesendete Licht wird so immer wieder gestreut und der Himmel über einer Stadt erhellt sich.
Dieses Phänomen der Lichtglocken besitzt eine enorme Fernwirkung. Das bedeutet, dass auch noch in
hunderten von Kilometern Entfernung der Himmel erhellt sein kann. Je grösser die Lichtemission ist, des-
to stärker setzt sich die Streuung in Richtung Zenit fort (Posch, et al., 2013 S. 59).
3.2.2 Das Abstandsgesetz
Das Abstandsgesetz beschreibt die Abnahme einer physikalischen Grösse, mit der zunehmenden Entfer-
nung zu ihrer Quelle. Bei punktförmigen Energiegrössen verteilt sich die Energie auf eine Kugeloberflä-
che, daher nimmt die Intensität mit 1/r2 ab. Allerdings ist dies nur für isotrop abstrahlende, punktförmige
Quellen der Fall. In der Praxis ist dies somit nur bedingt anwendbar. Bei einer solch diffusen Abstrahlung
und zusätzlichen Streuung, kann man dieses Gesetz nicht bei einer grossen, eher flächig abstrahlenden
Stadt anwenden. In erster Linie geht es darum zu sehen, dass es in der Praxis nicht immer einfache und
zugleich exakte Methoden gibt, um etwas zu berechnen. In diesem Fall kann man also nur sagen, dass die
Intensität mit zunehmendem Abstand abnimmt.
3.2.3 Helligkeitsempfinden des menschlichen Auges
Der Lichtstrom Φv ist eine photobiologische Grösse, die angibt, wie viel wahrnehmbares Licht eine Licht-
quelle pro Zeiteinheit abstrahlt. Er wird in der Masseinheit Lumen lm angegeben. Der Lichtstrom ent-
spricht der Strahlungsleistung Φe , gemessen in Watt W und berücksichtigt dabei den relativen spektralen
Hellempfindlichkeitsgrad K(λ).
Φv= Φe * K(λ) lm = W * K(λ)
Wir Menschen sehen die elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich von etwa 380 bis
780 Nanometern und nehmen sie als Licht wahr. Jedes Lebewesen mit der Fähigkeit zur Wahrnehmung
von elektromagnetischer Strahlung, besitzt seine eigene Hellempfindlichkeitskurve (Abb. 10). Sie zeigt die
unterschiedliche Empfindlichkeit von Helligkeit, bei unterschiedlichen Wellenlängen der ausgesendeten
Strahlung (Wikipedia, V-Lambda-Kurve, 2020).
22Um bei Wellenlängen am Rand dieser Kurve (Abb. 10), dass gleiche Helligkeitsempfinden zu erreichen
wie bei Wellenlängen in der Mitte, ist eine stärkere Strahlungsintensität nötig. Zudem ist der Mensch am
Tag und in der Nacht, für eine bestimmte Wellenlänge nicht immer gleich stark empfindlich. Beide Kurven
wurden empirisch für das menschliche Auge ermittelt (Wikipedia, V-Lambda-Kurve, 2020).
Die photometrische Strahlungsäquivalenz beschreibt, wie viele abgegebene Lumen auf jedes Watt der
abgegebenen elektromagnetischen Strahlungsleistung der Lichtquelle entfallen. Dass bedeutet, je grös-
ser diese Zahl ist, desto grösser ist der nutzbare Lichtstrom für das Auge (Abb. 11). Km beziehungsweise K‘m
ist der sogenannte „Maximalwert der photometrischen Strahlungsäquivalenz“. Den Faktor K(λ) erhalten
wir durch die Multiplikation der V(λ)-Kurve mit dem Faktor Km. Der Faktor Km = 683 lm/W ist ein willkür-
lich festgelegter Wert, er gilt dabei für das Tagsehen (photopischer Bereich). Dabei wurde er so gewählt,
dass die heutige Definition des Lumen, möglichst gut mit der alten übereinstimmt. Für das Nachtsehen
(skotopischer Bereich) liegt der Wert K‘m = 1700 lm/W deutlich höher (Wikipedia, photometrisches Strah-
lungsäquivalent, 2020).
K(λ) = V(λ) * Km K‘(λ) = V‘(λ) * K‘m
Abbildung 10: Abbildung 11:
Die Hellempfindlichkeitskurven für das menschliche Auge. Die rote Die photometrische Strahlungsäquivalenz
V(λ)-Kurve ist diejenige für das Tagsehen; Die blaue V‘(λ)-Kurve für für Tag- und Nachtsehen beim Menschen.
das Nachtsehen Quelle: (Wikipedia, photometrisches
Quelle: (Wikipedia, V-Lambda-Kurve, 2020) Strahlungsäquivalent, 2020)
233.2.3.1 Differenz von Km und K‘m
Die Differenz der Faktoren Km und K‘m kommen durch den Aufbau des Auges Zustande. Die Zapfen sind
für das Farbsehen zuständig, die Stäbchen hingegen sind nur hell-dunkel empfindlich (Abb. 12). Da die
Stäbchen lichtempfindlicher sind und das menschliche Auge mehr als fünfzehnmal so viele Stäbchen wie
Zapfen besitzt, ist der Faktor K‘m grösser als der Faktor Km . Für einen gewissen Lichtstrom ist unser Auge
daher in der Dunkelheit empfindlicher, als am helllichten Tag.
Abbildung 12: Die Stäbchen (grau) und Zapfen (rot, grün, blau) des menschlichen Auges.
Quelle: (Bayrischer Rundfunk, Wie wir Farben sehen, 2011)
3.2.4 Die Beleuchtungsstärke
Die Beleuchtungsstärke Ev beziehungsweise das Lux lx wird definiert durch den Lichtstrom welche über
einer Fläche verteilt wird. Wenn also ein Lumen auf einer Fläche von 1m2 verteilt wird, entspricht dies ge-
mittelt einem Lux. Mit der Beleuchtungsstärke „Lux“ ist der Strahlungsfluss durch die Empfängerfläche
gemeint. Bei der Einheit Lux wird der Lichtstrom in Abhängigkeit zur Fläche beziehungsweise des Ortes
gestellt (Wikipedia, Lux, 2020).
Ev = Φv /A lx = lm/m2
3.2.5 Der Raumwinkel
Der Steradiant sr ist eine Masseinheit für den Raumwinkel Ω. Auf einer Kugel mit 1m Radius, umschliesst
ein Steradiant eine Fläche von 1m2 auf der Kugeloberfläche. Allgemeiner formuliert ist ein Steradiant, der-
jenige Raumwinkel welcher vom Mittelpunkt der Kugel ausgesehen, eine Fläche von r2 auf der Kugelober-
fläche einnimmt (Abb. 13). Die gesamte Kugeloberfläche wird mit 4πr2 berechnet (Wikipedia, Steradiant,
2020).
24Ω = At /r2
gesamter Raumwinkel ist immer:
Ω = At /r2 = (4πr2)/r2 = 4π sr
Abbildung 13: Definition des Steradiants
Quelle: (Wikipedia, Steradiant, 2020)
3.2.6 Candela
Die Candela cd ist die Basisgrösse der Lichtstärke Iv und ist eine der sieben Basiseinheiten. Die Lichtstärke
setzt den Lichtstrom in die Abhängigkeit des Steradianten. Die Lichtstärke des Candelas bezeichnet somit
einen zum Raumwinkel abhängigen Lichtstrom.
Eine Lichtquelle, die einen Lichtstrom von 1 Lumen erzeugt und dieses Licht isotrop (in alle Richtungen mit
gleichmässiger Lichtstärke) abstrahlt, hat in alle Richtungen eine Lichtstärke von:
Iv = 1lm/(4π sr) = 0.25π cd
Die Lichtstärke wird somit in denjenigen Bereichen angewandt, in welchen man die Abstrahlverteilung
einer punktförmigen Lichtquelle untersucht. Bei der Einheit Candela geht es also um die Richtungsabhän-
gigkeit des Lichtstromes (Wikipedia, Candela, 2020).
Iv = Φv /Ω cd = lm/sr
3.2.7 Die Leuchtdichte
Die Leuchtdichte Lv verbindet die Einheiten Lux und Candela miteinander. Daher ist diese Einheit gut ge-
eignet für flächenhafte Abstrahlungen, zum Beispiel bei einem Flachbildschirm (Wikipedia, Leuchtdich-
te, 2020). Man kann sich diesen Zusammenschluss ziemlich einfach vorstellen, wie wenn man ganz viele
punktförmige Lichtquellen eng aneinanderstellt. Das ergibt eine leuchtende Fläche (als Senderfläche).
Die seitliche Abstrahlung geht aber nicht verloren, daher wird diese zusätzlich mithilfe der Einheit Candela
ausgedrückt.
Lv=Φv /(Ω * A ) cd/m2 =lm/(sr * m2)
253.2.8 Gegenüberstellung dieser Grössen
In der folgenden Tabelle sieht man die Gegenüberstellung der radiometrischen und photometrischen
Grössen, welche in den vorangehenden Kapiteln erläutert wurden.
Radiometrische- und
Photometrische Grösse Symbol Einheit Erklärung
Strahlungsleistung Φe W
Strahlungsfluss; bzw.
Lichtstrom Strahlungsenergie pro Zeit
„Lumen“ Φv lm
Strahlstärke Ie W * sr -1
Strahlungsfluss durch
Lichtstärke Steradiant
„Candela“ Iv cd = lm * sr -1
Bestrahlungsstärke Ee W * m-2
Strahlungsfluss durch
Empfängerfläche
Beleuchtungsstärke
„Lux“ Ev lx = lm * m-2
Strahldichte Le W * sr-1 * m-2
Strahlungsfluss durch
Steradiant durch
cd * m-2 = Senderfläche
Leuchtdichte Lv
lm * sr -1 * m-2
Tabelle 1:
Es werden die rein physikalischen Werte (radiometrisch; beige), zu denen des menschlichen Empfindens (pho-
tometrisch; weiss) gegenübergestellt. Bei den Symbolen befindet sich jeweils ein „e“ (für radiometrisch; „Emis-
sion von Strahlung“) beziehungsweise ein „v“ (für photometrisch; „visuell“). Die jeweiligen Erklärungen beziehen
sich immer auf beide Grössen.
Quellen: Siehe Kapitel 3.2.3 bis 3.2.7
263.3 Strahlungs- und Lichttechnik in der Astronomie
3.3.1 Die scheinbare Helligkeit
Die Ausführungen dieses Absatzes stammen von Wikipedia (Wikipedia, scheinbare Helligkeit, 2020) (Wi-
kipedia, Standardstern, 2020) (Wikipedia, Weber-Fechner-Gesetz, 2020) und zuvor erlangtem Wissen.
Die scheinbare Helligkeit, auch Magnitudo genannt (kurz mag), ist ein astronomischer Vergleichswert.
Sie gibt an, wie hell Sterne oder andere Himmelskörper einem Beobachter auf der Erde erscheinen. Mit
„scheinbar“ ist gemeint, wie hell ein Himmelskörper für uns erscheint. Das Gegenstück dazu wäre „abso-
lut“, wobei Himmelskörper alle aus der gleichen Distanz „betrachtet“ werden, um ihre absolute Leuchtkraft
zu vergleichen.
Es gibt Belege dafür, dass diese Skala bereits im zweiten Jahrhundert nach Christus verwendet wurde.
Der sogenannte „Sternkatalog von Almagest“ teilte die freiäugig sichtbaren Himmelskörper in sechs Grös-
senklassen ein. Laut Definition erscheinen Gestirne der ersten Grösse heller als jene der sechsten. Jedoch
geht aus den alten Überlieferungen nicht hervor, unter welchen Kriterien man diese Einteilung vorgenom-
men hat.
1850 hatte Norman Pogson diese Skala genauer definiert. Gestirne mit 1 mag sind genau hundertmal
heller als solche mit 6 mag, zudem wurde sie auf beide Seiten erweitert und mithilfe von Standardsternen
kalibriert. Eine Magnitude entspricht damit einem Helligkeitsunterschied mit einem Faktor von 5√(100) ≈
2.512. Die Magnituden Skala ist logarithmisch, da unsere Sinnesorgane logarithmisch funktionieren. Bei
mittleren Umgebungshelligkeiten kann der Mensch einen Helligkeitsunterschied von etwa ein bis zwei
Prozent wahrnehmen. Mit abnehmender Helligkeit nimmt dieser Wert zu, bei sehr lichtschwachen Reizen
kann er sogar höher als zehn Prozent sein.
3.3.2 Der Raumwinkel ausgedrückt in Grad
Ein Grad besteht aus 60 Winkelminuten, welche wiederum aus 60 Winkelsekunden bestehen. Somit ist
eine Winkelsekunde, auch Bogensekunde genannt, der 3600. Teil eines Grads. Als Einheitszeichen kann
man ‘‘ oder arcsec verwenden.
1‘‘ = 1 arcsec = (1°)/3‘600 ≈ 0.00027°
Für den Raumwinkel Ω verwendet man in der Astronomie, die Quadrat-Bogensekunde arcsec2, die Quad-
rat-Bogenminute arcmin2 und das Quadratgrad deg2 (Wikipedia, Quadratgrad, 2020).
1 arcsec2 = 1/3‘600 arcmin2 = 1/1‘296‘000 deg2
273.3.3 Die Flächenhelligkeit
Die Flächenhelligkeit B wird in mag/arcsec2 angegeben. Die „Magnitude pro Bogensekunde im Quadrat“
stellt auch eine Leuchtdichte dar (Wikipedia, Flächenhelligkeit, 2020).
Die dunkelsten Stellen im Zenit werden von Messgeräten wie dem Sky Quality Meter mit ca. 21.7 mag/
arcsec2 angegeben. Das Falschfarbenbild (Abb. 14) stellt die Lichtverschmutzung auf dem Gornergrat dar.
Der SQM-L ermittelte einen Wert von 21.73 mag/arcsec2. Eine unabhängige Messung mit einem Fischau-
gen-Objektiv und einer Canon 60D führte auf einen Wert von 21.56 mag/arcsec2. In Richtung Osten ist die
Poebene mit Mailand ein grosser Lichtverschmutzer (Dr. Schlatter, 2020) (Dr. Riesen, 2020).
Abbildung 14:
Falschfarbenbild der Lichtverschmutzung auf dem Gornergrat. Höhere Werte (blau) bedeuten weni-
ger lichtverschmutzt; Niedrigere Werte (rot) bedeuten stärker lichtverschmutzt
Quelle: (Dr. Schlatter, 2020)
283.4 Die Bortle-Skala
Die Ausführungen in diesem Kapitel stammen aus dem Buch „Sternegucken für Dummies“ (S. 44 und S.
45), von der Webseite der Organisation „Dark Skies Awareness“ und von Wikipedia (Wikipedia, Bortle-
Skala, 2020).
Mithilfe der Bortle-Skala lässt sich der Nachthimmel in neun verschiedene Qualitätsstufen einteilen. Diese
Qualifizierung lässt sich anhand verschiedener Merkmale von blossem Auge durchführen und soll das
Ausmass der Lichtverschmutzung verdeutlichen. Auf dem Nomogramm (Abb. 15) werden verschiedene
Grössen mit der Bortle-Skala verglichen. Die rote Linie ist die Grenze der maximalen natürlichen Dunkel-
heit des Nachthimmels. In der nachfolgenden Tabelle werden die Bortle-Stufen beschrieben (Tab. 2).
Abbildung 15:
Es handelt sich hierbei um Schätzungen, man sollte die Vergleiche somit nur zur ungefähren Orientierung der
Werte verwenden.
Quelle: (Dark Skies Awareness, 2020)
29Bortle-Stufe Beschreibung
1 exzellenter, absolut lichtverschmutzungsfreier Himmel
Zodiakallicht, Zodiakalband und Gegenschein auffällig. Die Milchstrasse in den
~ 21.65 bis
Sternbildern Schütze und Skorpion wirft Schatten. Jupiter und Venus behindern die
~ 21.7
Dunkeladaption. Instrumentarium und Menschen vor dunklem Hintergrund nicht zu
mag/arcsec2
erkennen.
Farbe des Himmels: schwarz
2 typischer, dunkler Himmel
Zodiakallicht hell und Farbe gelblich. Sommermilchstrasse stark strukturiert. Wolken
~ 21.5 bis
stehen am Nachthimmel nur indirekt als dunkle Löcher vor dem Sternenhimmel. Te-
~ 21.65
leskop nur schemenhaft erkennbar.
mag/arcsec2
Farbe des Himmels: gräulich
3 Landhimmel, Lichtverschmutzung allenfalls als ferne Lichtglocke
Zodiakallicht im Frühling und Herbst noch erkennbar. Milchstrasse deutlich differen-
~ 21.3 bis
ziert. Horizont bereits lichtverschmutzt. Beobachtungsinstrumentarium deutlich er-
~ 21.5
kennbar.
mag/arcsec2
Farbe des Himmels: bläulich
4 Übergang von Landhimmel zu Vorstadthimmel
Zodiakallicht nur teilweise zu sehen. Milchstrasse deutlich, aber teilweise bereits
~ 20.8 bis
strukturlos. In Horizontnähe deutliche Lichtverschmutzung. Wolken über Siedlungen
~ 21.3
deutlich aufgehellt. Beobachtungsinstrumentarium sehr deutlich erkennbar.
mag/arcsec2
Farbe des Himmels: grün bis gelblich
305 Vorstadthimmel, Lichtverschmutzung bereits auffällig
Zodiakallicht nur in besten Nächten im Frühjahr oder Herbst erkennbar. Milchstrasse
~ 19.1 bis
in Horizontnähe kaum erkennbar, im Zenit strukturlos. Lichtverschmutzung in allen
~ 20.8
Richtungen. Wolken auch über Beobachtungsort deutlich aufgehellt, teilweise heller
mag/arcsec2
als der Himmel. Beobachtungsinstrumentarium auch ohne Rotlicht bestens erkenn-
bar.
Farbe des Himmels: orange
6 heller Vorstadthimmel
Kein Zodiakallicht. Milchstrasse nur im Zenit zu sehen. Himmel bis 35° grau/weiss
~ 18.0 bis
und Wolken hell angeleuchtet.
~ 19.1
mag/arcsec2 Farbe des Himmels: orange bis rötlich
7 Übergang zu Stadthimmel oder Vollmondhimmel
Sternbilder mit kleinen Lücken. Milchstrasse unsichtbar. Selbst hohe Wolken hell an-
~ 18.0 bis
gestrahlt.
~ 19.1
mag/arcsec2 Farbe des Himmels: rötlich
8 Stadthimmel, starke Lichtverschmutzung
Sternbilder mit grossen Lücken. Zeitungsschlagzeile mühelos lesbar.
bis ~ 18.0
mag/arcsec2 Farbe des Himmels: rötlich bis weiss
9 Grossstadthimmel, extreme Lichtverschmutzung
Gesamter Nachthimmel bis in den Zenit hell erleuchtet. Viele Sterne in den Stern-
bis ~ 18.0
bildern verschwunden.
mag/arcsec2
Farbe des Himmels: weiss
Tabelle 2: Die Bortle-Stufen mit ihren typischen Merkmalen und ungefähren Himmelshelligkeiten.
Quellen: (Owens, 2015) (Dark Skies Awareness, 2020) (Wikipedia, Bortle-Skala, 2020)
313.5 Die Dunkeladaption
Die Ausführungen dieses Absatzes stammen aus dem Buch „Sternegucken für Dummies“ (S. 40 bis S. 44),
sowie aus dem Biologieunterricht.
Die Dunkeladaption ist der Prozess, bei welchem sich das Auge an die Dunkelheit gewöhnt, dabei ge-
schehen vor allem zwei Dinge. Erstens weiten sich die Pupillen der Augen, sodass mehr Licht auf die
Netzhaut trifft (Abb. 16). Zweitens wird ein lichtempfindliches Protein namens „Rhodopsin“, dass in den
Stäbchen der Netzhaut vorkommt, aktiviert. Da die Stäbchen bei geringer Helligkeit für das skotopische
Sehen (Hell-Dunkel-Sehen) verantwortlich sind, können wir bei Dunkelheit besser sehen. Um die volle
Dunkeladaption zu erreichen, dauert es etwa zwanzig bis dreissig Minuten.
Wenn man allerdings die Sterne beobachtet, muss man darauf achten, dass man sich nicht mit weissem
Licht blendet. Das führt nämlich dazu, dass der Prozess in den Stäbchen für die Dunkeladaption wieder
von vorne beginnt. Mit einer Rotlichtlampe lässt sich dieses Problem aber lösen, da wir für rotes Licht nur
sehr schwach helligkeitsempfindlich sind (Kap. 3.2.3).
Abbildung 16:
Die Dunkeladaption des Auges.
Die Pupillen weiten sich bei dunk-
leren Lichtverhältnissen (rechts).
Quelle: (Brille 24, 2020)
Abbildung 17:
Die Mitternachtsdämmerung in Europa
für den 21. Juni. Diejenigen Orte mit einer
geografischen Breite grösser als etwa 48°
Nord, können die astronomische Dämme-
rung nicht mehr beenden.
Quelle: (Wikipedia, Dämmerung, 2020)
323.6 Die Dämmerung
Die Ausführungen dieses Absatzes stammen aus dem Buch „Sternegucken für Dummies“ (S. 28 bis S. 30),
sowie aus dem Geografie- und Astronomieunterrricht.
Als Dämmerung bezeichnet man den Zeitraum, bei welchem die Atmosphäre noch erhellt ist, obwohl
die Sonne schon unter dem Horizont steht. Dies lässt sich auf die Streuung des Lichts in der Atmosphäre
zurückführen. Allerdings gibt es drei verschiedene Phasen der Dämmerung und erst beim Vollenden der
gesamten Dämmerung, beginnt die eigentliche Nacht (Abb. 18).
Während der „bürgerlichen Dämmerung“, ist es noch genug hell, um im Freien etwas lesen zu können. Sie
beginnt sobald der Mittelpunkt der Sonne unter den Horizont fällt und endet sobald die Sonne 6° unter
dem Horizont steht. Dies wird auch als Tiefenwinkel der Sonne bezeichnet. Die „nautische Dämmerung“
hat ihren Namen aus der Seefahrt. Es ist die Phase der Dämmerung, bei welcher der Horizont auf hoher
See noch sichtbar ist und zugleich die ersten Sterne sichtbar werden. Mithilfe eines Sextanten ist es so-
mit möglich, die geografische Position des Schiffes zu bestimmen. Sie endet bei einem Tiefenwinkel der
Sonne von 12°. Schliesslich beginnt die „astronomische Dämmerung“ bei welcher der Himmel schon fast
schwarz wirkt. Schwach leuchtende Objekte sind aber immer noch nicht zu sehen und auf Langzeitbelich-
tungen macht sich dieses Restlicht trotzdem noch bemerkbar. Wenn die Sonne einen Tiefenwinkel von 18°
erreicht hat, endet die astronomische Dämmerung und die Nacht beginnt.
Sobald die Sonne wieder über den Tiefenwinkel von 18° kommt, beginnen die drei Dämmerungsphasen
von vorne, allerdings in umgekehrter Reihenfolge. Jedoch dauern die Dämmerungsphasen nicht überall
auf der Welt gleich lange. Je grösser der Winkel zur Ekliptik, desto länger dauern sie. In 50° geografischer
Breite dauert es durchschnittlich zwei Stunden bis die astronomische Dämmerung beendet ist (Abb. 17).
In der Schweiz können wir also jeden Tag die Nacht „knapp erreichen“, in den Sommermonaten dauert sie
aber kürzer als in den Wintermonaten.
Abbildung 18: Die drei Dämmerungsphasen Quelle: (Wikipedia, Dämmerung, 2020)
334 Material und Methoden
In diesem Kapitel werden die technischen Daten des Sky Quality Meters erläutert, welche dann zur Inter-
pretation der Resultate benötigt werden. Ausserdem wird das Vorgehen genauer beschrieben, sowie die
einzelnen Messungen.
4.1 Sky Quality Meter
Um meine Untersuchung durchzuführen, ist ein Messgerät nötig, welches die Himmelshelligkeit messen
kann (Abb. 19). Der sogenannte Sky Quality Meter (kurz: SQM) des Herstellers „Unihedron“ eignet sich
sehr gut dafür, da es ein kleines handliches Messgerät ist und die Himmelshelligkeit nach dem Messen
direkt auf einem Display angezeigt wird.
Abbildung 19:
Der handliche Sky Quality Meter L (Abmessungen: 92*67*28 mm)
Quelle: eigene Abbildung
Abbildung 20:
Der Sensor des Sky Quality Meters von oben gesehen
Quelle: eigene Abbildung
344.1.1 Technische Daten des SQM-L
Die Ausführungen dieses Absatzes stammen von der offiziellen Webseite des Herstellers „Unihedron“
(Unihedron, 2020) und vom „National Institute of Standards and Technology“ (NIST, 2020).
— Der Sensor (Abb. 20) ist nur für sichtbares Licht empfindlich (vor dem Sensor befindet sich ein nah-In-
frarot Filter).
— Einflüsse durch die Temperatur sollten keinen Einfluss auf das Messergebnis haben.
— Jedes SQM-L wurde mit einem „NIST-traceable light meter“ kalibriert. „NIST-traceable“ bedeutet, ein
Messinstrument wurde so kalibriert, dass man jeden Kalibrierungschritt zurückverfolgen kann. Diese
Rückverfolgbarkeit wird durch das „National Institute of Standards and Technology“ festgelegt, einer
Bundesbehörde in den USA.
— Die Differenz am Kalibrierungspunkt zwischen jedem SQM ist normalerweise ±10% (±0.10 mag/
arcsec2). Dieser Wert entspricht der absoluten Präzision, er wurde durch die oben genannte „Rückver-
folgbarkeit der Messfehler“ errechnet.
— Das Display hat zwei automatische Helligkeitsstufen, welches mit Rotlicht angezeigt wird. Wenn der
SQM eine niedrige Himmelshelligkeit misst, dunkelt das Display automatisch ab. Damit wird die Dun-
keladaption des Auges weitestmöglich verschont.
— Der SQM hat eine Halbwertsbreite (full width half maximum; FHWM) von 20°. Der Lichtsensor besitzt
bei einen Einstrahlungswinkel von 10° nur noch 50 Prozent der Empfindlichkeit, im Vergleich zu 0°
bei welchem es 100 Prozent Empfindlichkeit sind (Abb. 21). Diese Winkel beziehen sich auf den Ein-
fallswinkel zur Lichtquelle, relativ zum Lot des Sensors.
Abbildung 21: Die Empfindlichkeitskurve des Sensors Quelle: (Unihedron, 2020)
354.2 Vorgehen
Um eine Messung erfolgreich durchführen zu können, spielen mehrere Faktoren eine Rolle. Das Wetter ist
der wichtigste Aspekt, es darf keine Bewölkung vorhanden sein (oder während der Messung entstehen),
daher ist trockenere Luft von Vorteil.
Während der Messung selbst, muss man darauf achten, dass es keine störenden Lichtquellen gibt. Wenn
nämlich seitliches Licht auf den Sensor trifft, kann dies das Messergebnis beeinflussen. Der Sensor sollte
sich nicht zusätzlich im Schatten befinden. Daher hält man den SQM so vor sich, dass man mit seinem
Körper keinen Schatten auf den Sensor wirft.
4.2.1 Wann und wo messen?
Es ist natürlich wichtig, dass man an denjenigen Tagen Messungen durchführt, an welchen sich in der Rea-
lität das „Sternegucken“ auch lohnen würde. Ich habe mich dabei bewusst auf die Umgebung beschränkt,
da mir eine gewisse Ortsnähe wichtig ist. So möchte jemand der in der Stadt Basel wohnt, nicht unbedingt
die Reise zum Jungfraujoch auf sich nehmen, um dort Sterne zu beobachten. Ich möchte somit auch her-
ausfinden, ob das Hobby „Sternegucken“ bei uns in der Region überhaupt lohnenswert ist.
Als erstes habe ich mir diejenigen Tage herausgesucht, an welchen Neumond ist.
Für das Jahr 2020 sind diese am:
24. Januar; 23. Februar; 24. März; 23. April; 22. Mai; 21. Juni;
20. Juli; 19. August; 17. September; 16. Oktober; 15. November; 14. Dezember
Ich musste jeweils warten bis die astronomische Dämmerung beendet ist, um meine Messungen begin-
nen zu können. In unseren Breitengraden dauert es ungefähr zwei Stunden, also konnte ich erst danach
mit meinen Messungen beginnen. Mithilfe der App „Night Sky“ konnte ich die genaue Uhrzeit für den
Sonnenuntergang nachschauen.
Grundsätzlich ist es möglich auch ein paar Tage vor oder nach Neumond Messungen durchzuführen. Dies
ist möglich, da der Mond nach Ablauf dieser Zeitspanne, sowieso schon untergegangen ist und so das
Messergebnis nicht beeinflusst.
Als nächstes habe ich mir Orte ausgesucht, an welchen man vorzugsweise die Sterne beobachten möchte.
Dass sind diejenigen Standorte, an welchen es eher dunkel ist und vergleichsweise wenig störende Licht-
quellen vorhanden sind. Vorzugsweise sind solche Orte auch etwas höher gelegen.
364.2.2 Durchführung der Messungen
In diesem Kapitel wird jede Messungsreihe pro Beobachtungsabend einzeln beschrieben. Pro Standort
erfasse ich jeweils mindestens zehn Messdaten. Dazu halte ich die Oberseite des Sky Quality Meters un-
gefähr in den Zenit des Himmels und muss nur den kleinen Knopf auf dem Messgerät drücken, um den
Messwert angezeigt zu bekommen. Um die Gegebenheiten zu veranschaulichen, habe ich jeweils mit
meinem iPhone 11 Pro Max ein paar Aufnahmen gemacht (Abb. 22 bis Abb. 30).
4.2.2.1 Erster Messungsabend am 23. März 2020
An diesem Messungsabend konnte ich den Sky Quality Meter zum ersten Mal ausprobieren. Zusammen
mit meinem Vater bin ich zuerst auf den Gempen gefahren. Danach haben wir uns in der Stadt nach einem
erhöhten Ort umgeschaut, an welchem es wenig störende Lichtquellen gibt. Dies stellte sich als eher
schwierig heraus. Zum einen sind viele solcher Orte um diese Uhrzeit nicht erreichbar gewesen, zum Bei-
spiel das Parkhausdeck beim Messeturm. Andererseits war es schwierig einen Ort zu finden, an welchem
es wenig Störeinflüsse gab. Beispielsweise erwies sich das Parkhausdeck beim MParc als ungünstig, da es
dort eine riesige Leuchtreklame hat, welche bestimmt das Messergebnis beeinflusst hätte.
Wetterdaten für den 23. März:
— Sonnenuntergang: 18:46 Uhr
— Sonnenaufgang am nächsten Tag: 06:24 Uhr
— Günstiges Zeitfenster zum Messen ist somit von: ~ 20:50 Uhr bis ~ 4:20 Uhr
aufgrund der astronomischen Dämmerung
— Monduntergang: 17:18 Uhr
— Neumond wäre am 24. März
Die Wetterlage an diesem Tag ist perfekt. Die Nacht ist sternenklar. Die Biese aus dem Osten sorgt aber
für kühle Temperaturen. In der Nacht fällt die Temperatur bis auf -2° Celsius.
1. Messung (Koordinaten 47°28’50’’N 7°39’31’’E; 715 m.ü.M.):
Die erste Messung habe ich auf einem abgelegenen Feld auf dem Gempen durchgeführt, um etwa 21:15
Uhr. In der Nähe gab es keine einzige störende Lichtquelle. Die Sicht auf den Horizont, ausser im Norden,
war durch den umliegenden Wald bedeckt. Im Westen konnte man aber trotzdem das Sternbild des Ori-
ons, die Plejaden, sowie die Venus besonders gut beobachten. Im Norden war die Lichtglocke der Stadt
klar erkennbar. Man konnte sehen wie sie die Beobachtung der Sterne im Norden, besonders in Richtung
des Horizonts, deutlich erschwert (S. 42, Abb. 22 und Abb. 23). Leider war die Zufahrt zum Gempenturm
gesperrt, dies wäre natürlich der ideale Messort gewesen. Die Bortle-Stufe betrug etwa eine 3.5.
372. Messung (Koordinaten 47°32’35’’N 7°34’47’’E; 306 m.ü.M.):
Um etwa 22:30 Uhr habe ich mich nach längerer Suche in der Stadt, dazu entschieden eine Messung
beim Restaurant „Schällenursli“ durchzuführen. Es befindet sich nämlich auf einer kleinen Kuppe beim
Margerethenstich, bei welchem man eine „gute“ Aussicht auf den Sternenhimmel hat. Es gab auch hier
keine direkte Lichtquelle, welche das Messergebnis hätte verfälschen können. Im Vergleich zum Gempen
konnte ich feststellen, dass ich viele lichtschwächere Sterne nicht mehr sehen konnte. Auf den Bildern ist
es leider nicht so gut erkennbar (S. 42, Abb. 24 und Abb. 25). Das Sternbild des Orion, die Plejaden und
die Venus waren immer noch sichtbar, nur näher am westlichen Horizont aufgrund der Erdrotation. Die
Bortle-Stufe betrug etwa eine 6.
4.2.2.2 Zweiter Messungsabend am 25. April 2020
An meinem zweiten Messungsabend habe ich mich mit dem Fahrrad auf den Weg gemacht. Ich bin ein-
fach mal Richtung Therwil – Ettingen losgefahren, um spontan an einem dunklen Ort zu messen. Ich habe
schnell einen Ort gefunden, welcher sich gut geeignet hat für eine Messung. Danach musste ich mich
etwas beeilen, da ich in der Ferne schon die ersten Schleierwolken gesehen hatte.
Wetterdaten für den 25. April:
— Sonnenuntergang um: 20:32 Uhr
— Sonnenaufgang am nächsten Tag um: 06:21 Uhr
— Günstiges Zeitfenster zum Messen ist somit von: ~ 22:40 Uhr bis ~ 4:10 Uhr
aufgrund der astronomischen Dämmerung
— Monduntergang um: 23:03 Uhr
— Neumond wäre am 23. April gewesen
Die Wetterlage an diesem Tag ist sehr gut, kann aber schnell ändern. Im frühen Abend ist der Himmel
noch sternenklar. Allerdings sorgt die Abflachung des Föhns dafür, dass sich die Kaltfront ausbreiten kann
und somit im Verlauf der Nacht Wolken aufziehen. Am frühen Abend ist es also nicht all zu kalt wegen dem
Föhn. Die Temperatur fällt in der Nacht bis auf 7° Celsius.
3. Messung (Koordinaten 47°29’31’’N 7°32’32’’E; 330 m.ü.M.):
Ich habe mich dafür entschieden eine Messung auf dem Witterswilerfeld durchzuführen. Weit und breit
gab es keine störende Lichtquelle. Es war etwa 23:30, aber trotzdem – dank des Föhns - noch ziemlich
warm. Zu dieser Zeit war der Himmel noch sternenklar. Beobachtungstechnisch gab es für mein ungeüb-
tes Auge nichts Spezielles zu entdecken. Trotzdem war es relativ dunkel und ich konnte vergleichsweise
viele Sterne sehen. Ungefähr im Zenit war der Grosse Wagen zu sehen und am nordwestlichen Horizont
die Venus (S. 43, Abb. 26 und Abb. 27). Die Bortle-Stufe betrug etwa eine 4.
384. Messung (Koordinaten 47°31’5’’N 7°32’26’’E; 380 m.ü.M.):
Vom Witterswilerfeld bin ich dann aufs „Güggelchrüz“ gefahren. Auch dort waren die Bedingungen noch
gut, doch vereinzelt haben sich schon Schleierwolken bemerkbar gemacht. Etwa um Mitternacht konnte
ich meine Messung gerade noch durchführen, bevor auch über mir der Himmel zunehmend bedeckter
wurde. Wie man auf den Fotos sehen kann, ist der Himmel schon ein wenig bedeckt. Der Grosse Wagen
ist aber immer noch sichtbar. In Richtung des nördlichen Horizontes, beziehungsweise der Stadt, ist aber
wie sonst auch die Sicht auf die Sterne nicht sonderlich gut (S. 43, Abb. 28 und Abb. 29). Die Bortle-Stufe
betrug etwa eine 4 bis 5.
4.2.2.3 Dritter Messungsabend am 24. Juni 2020
Am dritten Messungsabend war ich wieder mit meinem Vater unterwegs. Wir haben uns auf den Weg in
Richtung Stadt gemacht. Das Hauptkriterium war nun eher, dass es am Messungspunkt so wenige Stö-
rungsquellen wie möglich hat und nahe an der Stadt liegt. Leider konnte ich an diesem Abend keine Fotos
mit meinem Smartphone machen, da etwas mit der Software für den Nachtmodus nicht funktioniert hatte.
Wetterdaten für den 23. Juni:
— Sonnenuntergang um: 21:29 Uhr
— Sonnenaufgang am nächsten Tag um: 05:34 Uhr
— Günstiges Zeitfenster zum Messen ist somit von: ~ 23:30 Uhr bis ~ 3:30 Uhr
aufgrund der astronomischen Dämmerung
— Monduntergang um: 23:36 Uhr
— Neumond wäre am 21. Juni gewesen
Aufgrund eines Hochdruckgebiets über der Schweiz ist die Wetterlage perfekt. Die trockene und warme
Luft sorgt für eine sternklare Nacht. Die Temperatur sinkt in der Nacht bis auf 13° Celsius.
5. Messung (Koordinaten 47°31’44’’N 7°35’21’’E; 360 m.ü.M.):
In der Nähe des Wasserturms auf dem Bruderholz befindet sich eine kleine Doline, welche von Bäumen
umgeben ist. Die Messung habe ich etwa um 23:40 Uhr gemacht. Dieser Ort hat sich gut geeignet, da die
Bäume die umliegenden Laternenlichter abgeschirmt haben. Allerdings konnte man genau deswegen
nur einen Teil des Himmels sehen, also ist es nicht der ideale Ort, wenn man ein Gestirn am Horizont be-
obachten möchte. Die Bortle-Stufe betrug etwa eine 5.
396. Messung (Koordinaten 47°32’28’’N 7°34’57’’E; 320 m.ü.M.):
Etwa um Mitternacht waren wir bei der Sternwarte Margarethen. Auf dem Parkplatz in der Nähe hat es eine
gute Stelle um zu Messen. Dort wird nämlich das Licht von zwei Laternen, durch die Bäume verdeckt. Um
aber den Himmel in seiner ganzen Pracht zu beobachten, ist auch dieser Standort eher ungeeignet, weil
die Dunkeladaption des Auges sehr schnell ruiniert werden kann. Wenn man nämlich nicht aufpasst, kann
man durch eine der Laternen geblendet werden. Die Bortle-Stufe betrug etwa eine 5.
7. Messung (Koordinaten 47°32’31’’N 7°35’8’’E; 280 m.ü.M.):
Wenig später sind wir zum Margarethenpark gefahren. Die Strassenleuchten, die sich an der Nordseite
des Parks befinden, werden auch hier durch die Bäume abgeschirmt, sodass es vergleichsweise dunkel ist.
Die Bortle-Stufe betrug etwa eine 5.
8. Messung (Koordinaten 47°31’15’’N 7°35’24’’E; 360 m.ü.M.):
Als letzter Messpunkt für diesen Abend, sind wir auf den Predigerhof. Dort ist es ziemlich dunkel und
es gibt keine störenden Lichtquellen. Es war sogar so dunkel, dass ich im Süden die Milchstrasse sehen
konnte. Sie erstreckte sich über den östlichen Horizont, bis in den Norden. Wenn auch nur ganz schwach,
konnte man sie ein wenig erkennen. Die Bortle-Stufe betrug etwa eine 4 bis 5. Zugegebenermassen hatte
ich die Dunkeladaption nicht beendet und meine Augen waren schon ein wenig müde.
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