Warum funkeln Sterne? Die Atmosphäre hinter dem Flackern

In einer klaren Nacht siehst du die Sterne sanft flackern – mal heller, mal schwächer. Der Anblick hat unzählige Kinderlieder und Gedichte inspiriert. Doch Sterne funkeln gar nicht wirklich. Das Flackern entsteht auf den letzten Kilometern der Reise des Sternenlichts: in unserer Atmosphäre.

Die lange Reise des Sternenlichts

Licht, das einen Stern verlässt, reist Jahre, manchmal Jahrtausende durch das nahezu leere All, bevor es uns erreicht. Unterwegs läuft es geradlinig und ungestört.

Das Problem beginnt ganz am Ende. Sobald das Licht in die Erdatmosphäre eintritt, muss es rund 100 Kilometer ständig bewegter, sich vermischender Luft durchqueren.

Wie bricht die Atmosphäre das Licht?

Licht ändert seine Richtung, wenn es von einem Medium in ein anderes mit anderer Dichte übergeht. Das nennt man Brechung – deshalb wirkt ein Löffel im Wasserglas geknickt.

Auch Luft ist nicht gleichförmig. Warme Luft ist weniger dicht als kalte und bricht Licht etwas schwächer. Und die Atmosphäre ist voller ständig bewegter Luftzellen mit unterschiedlicher Temperatur:

• warme Luft, die vom tagsüber erhitzten Boden aufsteigt,
• starke Höhenwinde und Jetstreams,
• Wirbel an den Grenzen zwischen unterschiedlich schnellen Luftschichten.

Jede dieser Zellen wirkt wie eine schwache Linse, die das Licht leicht ablenkt. Weil die Zellen mit dem Wind treiben, wandern auch die Linsen ständig. Das Licht, das dein Auge erreicht,

• wird mal heller, mal schwächer,
• verschiebt seine Position ganz leicht,
• scheint manchmal die Farbe zu wechseln.

In der Wissenschaft heißt das Szintillation.

Warum leuchten Planeten ruhiger?

Wer Venus, Jupiter oder Mars am Nachthimmel entdeckt, bemerkt oft, dass sie viel ruhiger leuchten als die Sterne. Der Grund sind Entfernung und scheinbare Größe.

• Sterne sind so weit weg, dass die meisten selbst in großen Teleskopen nur als Punkt erscheinen. Verschiebt die Atmosphäre diesen Punkt, ist das gesamte Licht des Sterns auf einmal betroffen.
• Planeten sind viel näher und bedecken ein echtes, wenn auch winziges Scheibchen am Himmel – für das bloße Auge zu klein. Licht von jeder Stelle der Scheibe durchläuft andere Luftzellen und wird anders abgelenkt. Im Mittel heben sich die Ablenkungen auf, und der Planet wirkt ruhiger.

Das ist ein praktischer Tipp, um Sterne von Planeten zu unterscheiden: Ein heller Punkt, der nicht funkelt, ist wahrscheinlich ein Planet. Ganz tief am Horizont können allerdings auch Planeten funkeln.

Horizontnahe Sterne funkeln stärker

Licht eines Sterns direkt über uns nimmt den kürzesten Weg durch die Atmosphäre. Licht eines Sterns nahe am Horizont legt einen viel längeren Weg durch die Luft zurück. Es passiert mehr Luftzellen und wird stärker gebrochen – deshalb funkeln tief stehende Sterne deutlich stärker.

Bei hellen, horizontnahen Sternen zeigt sich noch ein Effekt: Die Atmosphäre bricht verschiedene Farben unterschiedlich stark. Rotes, grünes und blaues Licht eines Sterns können das Auge daher zu verschiedenen Momenten erreichen. Sirius, der hellste Stern am Nachthimmel, wirkt an Winterabenden tief am Himmel manchmal wie ein bunt blinkendes Licht – was schon zu UFO-Meldungen geführt hat.

Ein großes Problem für die Astronomie

Funkelnde Sterne mögen romantisch wirken, für Astronomen sind sie ein Ärgernis. Dieselbe Turbulenz verschmiert auch Teleskopbilder. Die Fachwelt nennt diese Unschärfe „Seeing“: Je besser das Seeing – je ruhiger die Atmosphäre –, desto schärfer die Bilder.

Drei Hauptlösungen wurden entwickelt.

1. Nach oben gehen

Große Sternwarten stehen meist auf hohen, trockenen und ruhigen Berggipfeln. Dort ist die Luftschicht dünner, Feuchtigkeit und Turbulenz sind geringer. Deshalb gehören die chilenische Atacamawüste, der Mauna Kea auf Hawaii und die Kanarischen Inseln zu den wichtigsten Beobachtungsorten der Welt. Auch die Europäische Südsternwarte ESO, an der Deutschland maßgeblich beteiligt ist, betreibt ihre großen Teleskope in den Anden Chiles.

2. Adaptive Optik

Moderne Großteleskope nutzen adaptive Optik. Sie funktioniert so:

1. Das Teleskop beobachtet einen hellen Referenzstern oder einen künstlichen „Stern“, den ein Laser hoch in der Atmosphäre erzeugt.
2. Computer messen Hunderte bis Tausende Male pro Sekunde, wie die Atmosphäre dieses Licht verzerrt.
3. Ein verformbarer Spiegel im Teleskop ändert mithilfe Hunderter winziger Stellglieder ständig seine Form und gleicht die Verzerrung genau aus.

So erreichen Teleskope am Boden bei manchen Beobachtungen fast die Schärfe von Weltraumteleskopen.

3. Ins All gehen

Die radikalste Lösung: die Atmosphäre ganz verlassen. Das 1990 gestartete Hubble-Weltraumteleskop entkam der atmosphärischen Unschärfe und lieferte Bilder des Universums in nie dagewesener Klarheit. Auch Astronauten sehen Sterne als ruhige, scharfe Punkte ohne Funkeln.

Was verrät das Funkeln über das Wetter?

Seeleute und Bauern versuchten einst, aus dem Funkeln der Sterne das Wetter abzulesen – und ganz falsch ist das nicht. In Nächten mit starkem Funkeln wehen meist kräftige Höhenwinde, die Atmosphäre ist unruhig, was manchmal einen Wetterumschwung ankündigt. Als alleinige Wettervorhersage taugt es aber nicht.

Kurz gesagt

Sterne funkeln eigentlich nicht. Ihr Licht reist geradlinig durchs All, wird aber in der Erdatmosphäre von bewegten, unterschiedlich warmen Luftzellen zufällig gebrochen. Weil Sterne als einzelne Punkte erscheinen, sehen wir diese Ablenkungen als Schwankungen von Helligkeit und Position; Planeten leuchten als winzige Scheibchen ruhiger. Um dem Funkeln zu entkommen, steigen Astronomen auf Berge, verbiegen Spiegel und schicken Teleskope ins All.