Lysbrydningsfænomener nær horisonten
Lysende natskyer og meteorer er et godt eksempel på astronomiske fænomener, som foregår i vores nærmeste omgivelser, nemlig i Jordens øverste atmosfære. Endnu nærmere, i den nederste tætte del af atmosfæren, kan vi opleve et andet fænomen, som bedst iagttages nær horisonten, nemlig refraktionen – eller brydningen – af lyset fra klare objekter, og ligesom med de lysende natskyer kan de klare sommernætter bruges til denne form for observation, når al anden astronomisk aktivitet er på vågeblus, selvom fænomenet naturligvis foregår hele året.
Det er netop en flad og fjern horisont, som f.eks. ved vandet, hvor mange befinder sig om sommeren, der giver de bedste betingelser for iagttagelse af disse fænomener.
Jordens atmosfære ændrer vores synsopfattelse af stjernehimlens objekter, og jo nærmere horisonten vi foretager iagttagelserne, jo mere udpræget bliver ændringen. Helt nede ved horisonten passerer lyset gennem et flere hundrede kilometer tykt luftlag, inden det når vores øjne. Alle objekter bliver påvirket af refraktionen, men på grund af deres store lysstyrker er det især hos Solen, Månen og de klareste planeter, vi bemærker det. Med få undtagelser forsvinder stort set alle stjerner ud af syne, når de står meget lavt på himlen. Det er ikke nødvendigt at anvende optiske hjælpemidler for at følge Solens op- eller nedgang, selvom en prismekikkert vil være til stor nytte. Inden man ser direkte på Solen, skal man dog naturligvis være sikker på, at den er så svag, at det er fuldstændig uden risiko for at skade øjnene.
Jordens atmosfære afbøjer lyset, så objekterne synes at stå højere end i virkeligheden, og da de forskellige bølgelængder (dvs. farver) afbøjes forskelligt, vil der kunne iagttages forskellige farvefænomener. Vi ved fra optikken, at lyset afbøjes, når det passerer fra et medie til et andet. Det bedst kendte eksempel er blyanten, der stikkes ned i et glas vand. Blyanten synes at være knækket, fordi lyset afbøjes ved overgangen mellem luft og vand.
Det samme sker, når lyset fra Universets tomrum rammer Jordens atmosfære. Objekterne synes at stå højere, end de gør i virkeligheden, fordi lyset bøjes nedad i atmosfæren, og helt nede ved horisonten, hvor det passerer gennem den tætteste del, er afbøjningen på omkring ½°, hvilket vil sige, at Solen faktisk er gået ned, når den netop synes at røre horisonten med den nederste rand.
Eftersom effekten stiger meget kraftigt i de allernederste få grader, synes den ellers cirkel-runde Sol at være trykket flad. Nogle gange oplever man, at forskellige atmosfærelag afbøjer lyset så meget, at den øverste del af Solen synes at blive adskilt fra den øvrige del, og andre gange synes Solen at bestå af flere segmenter eller udbulinger, der stikker ud til siderne. Årsagen hertil er, at refraktionen foregår mellem atmosfærelag af forskellig tæthed og temperatur, hvorved nogle dele af Solen synes forstørret, medens andre synes formindsket.
Vi ved også fra optikken, at lysets forskellige farver ikke brydes lige meget, og at lys med længere bølgelængder (den røde del af spektret) nemmere trænger gennem støv og andre partikler end kortere bølgelængder (blå). Det er af denne årsag, at himlen synes blå, fordi det blå lys spredes, medens de øvrige bølgelængder nemmere når gennem atmosfæren. Ligesom et prisme spreder det hvide lys ud i sine farver, spreder atmosfæren også lyset. Blå lys brydes mere end grøn, som igen brydes mere end gul, der atter brydes mere end rød. Det grønne solbillede synes derfor at ligge en anelse højere end det røde. Dette er særlig udpræget ved Solens op- eller nedgang. Hovedparten af det blå lys spredes i atmosfæren, medens en del af det gule absorberes af vanddamp. Tilbage bliver de grønne og især de røde bølgelængder, og såfremt betingelserne er tilstede, vil der af og til kunne iagttages en grønlig ring omkring Solen, når den står nogle få grader over horisonten. Efterhånden som Solen står lavere og lavere, bliver det grønne mere udpræget mod den øverste rand, medens den nedre del bliver mere og mere rød.
Det mest imponerende syn er det grønne glimt. Såfremt atmosfæren er helt klar, vil man i sjældne tilfælde kunne se den allersidste grønne del af Solen som et glimt i det øjeblik resten af den røde solskive forsvinder under horisonten. Dette fænomen er kun synligt over en helt flad horisont og med en klar atmosfære. Det kan naturligvis også iagttages ved solopgang; her skal man blot være klar over præcist hvor Solen står op, idet glimtet, som navnet antyder, kun er et glimt.
Lysbrydningsfænomener kan som nævnt også iagttages hos Månen, men dens svagere lys giver ikke samme farveopfattelse som hos Solen. De fleste har formodentlig bemærket, at Månens cirkelrunde form bliver forvrænget på samme måde som Solen, men især lægger man mærke til en af de mest velkendte optiske illusioner, nemlig den ‘kæmpestore fuldmåne’, der hænger lige i horisonten. Dette fænomen skyldes ganske vist ikke lysbrydning i atmosfæren, men er en psykologisk effekt, som opstår, fordi man ubevidst opfatter genstande i horisontplanet som værende nærmere og dermed større, end når de står højt på himlen. Faktisk har grundige forsøg vist, at de fleste mennesker opfatter Månen 2-3 gange så stor som i virkeligheden. Psykologerne mener, at illusionen opstår, fordi vi sammenligner med kendte genstande, såsom huse og træer i horisonten, men de er dog ikke i stand til at give den fulde forklaring på, hvorfor vores øjne og hjerne spiller os dette puds, så måneillusionen er fortsat et uopklaret fænomen.
I modsætning til stjernerne blinker planeterne ikke. Stjernerne er så langt væk, at vi ser dem som punktformede. Det smalle lysbundt bliver derfor meget nemt påvirket af turbulens i Jordens atmosfære. Det samme er ikke tilfældet med planeterne. De er så meget tættere på, at vi ser dem som små skiver, og selv om det enkelte lysbundt bliver afbøjet, er der på samme tidspunkt mange andre, som ikke gør, så det samlede indtryk bliver et roligt og ensartet lys. Det er den klassiske metode til at skelne en planet fra en stjerne. I nærheden af horisonten kan man dog iagttage den samme farvespredning som ved Solen, og selv med det blotte øje vil især Venus udvise disse fænomener, og også Sirius er kendt for at stråle i mange forskellige farver, når det stærke lys i den sidste brøkdel af sin 8½ års lange rejse brydes i Jordens atmosfære. Disse to himmellegemer er nemlig så lysstærke, at de kan ses tæt på horisonten.
Normalt undgår astronomerne stjernehimlens nederste 10°-15°, men som det fremgår, sker der også en del interessante ting her.