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Astronomie: Die Erde im Spiegel des Mondes

Kurz nach Neumond ergänzt der Erdschein die dünne Mondsichel mit seinem fahlen Licht zur vollständigen Scheibe. Dies ist nicht nur ein erhebender Anblick, das aschgraue Erdlicht lässt durchaus auch Rückschlüsse auf klimatische Gegebenheiten auf unserem Heimatplaneten zu.
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Es war Leonardo da Vinci, der als erster die korrekte Erklärung für das Phänomen lieferte: Zuweilen, kurz nach Neumond, wenn lediglich eine schmale Sichel über dem Horizont aufgeht, ist dort, wo sich eigentlich der Rest des Mondes befinden müsste, ein schummriges, aschgraues Licht zu beobachten, das die Sichel zur vollen Mondscheibe ergänzt. Da Vinci folgerte richtig, dass es sich um den Widerschein der Erde handeln muss, der seinerseits vom Mond reflektiert wird. Im Vergleich zum direkt auftreffenden Sonnenlicht fällt dieser so genannte Erdschein entsprechend dunkler aus und ist deshalb nur schwer zu erkennen. Immerhin, das Licht reicht aus, um es wissenschaftlich zu nutzen.

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Erdschein und Wolkenbedeckung | Ein zusammengesetztes Bild aus heller (Mondschein) und dunkler (Erdschein) Seite des Mondes. Mit einem Filter wurde die helle rechte Hälfte, die direkt von der Sonne angestrahlt wird abgedunkelt. Normalerweise ist der Mondschein rund 10 000-mal heller als der Erdschein. Unter der Mondabbildung ist eine Karte der Erde zu sehen, welche die Region farbig wiedergibt, die für den Erdschein im oberen Bild verantwortlich war. Die Karte zeigt außerdem auch die Wolkenbedeckung an jenem 4. September 1999: rot volle, blau keine Bedeckung.
Diese Möglichkeit entdeckte Steven Koonin vom California Institute of Technology quasi wieder, nachdem bereits der Franzose André-Louis Danjon zu Anfang des 20. Jahrhunderts erste Messungen gemacht hatte. Koonins Idee: Beobachtungen des Erdlichts über einen langen Zeitraum hinweg könnten brauchbare Informationen über die Entwicklung des Klimas auf der Erde liefern, denn "je wolkiger es auf der Erde ist, desto heller der Erdschein" – so die schlüssige Begründung. Schließlich verändert die Wolkenbedeckung das Rückstrahlungsvermögen – die Albedo – unseres Planeten.

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Erdschein schematisch | Entstehung des Erdscheins schematisch. Eine entsprechende Videosequenz finden Sie links unter "Medien".
Seit gut acht Jahren nun messen Astronomen am Big Bear Solar Observatory in Kalifornien sporadisch den Erdschein, seit 1997 sogar regelmäßig. Zwar spiegelt das Erdlicht lediglich einen Teil des Rückstrahlungsvermögens der Erde wider, aber mit langfristigen Beobachtungen könne man so mit guter Näherung auch auf Veränderungen der globalen Albedo schließen. Dass Rückstrahlvermögen und Bewölkung tatsächlich zusammenhängen, konnte Koonin zusammen mit seinen Kollegen Enric Pallé, Phil Goode und Pilar Montañés-Rodríguez zeigen: Die Forscher setzten ihre Erdscheinwerte, die sie jeweils auf die Helligkeit des direkt angestrahlten Teils des Mondes bezogen, in Relation zu Satellitendaten und stellten dabei eine gute Übereinstimmung fest. So lassen sich anhand der Satellitenaufzeichnungen sogar Albedowerte für die Zeit vor 1994 rekonstruieren, in der noch keine Erdscheinmessungen durchgeführt wurden. Damit ergibt sich eine lückenlose Kurve der gemittelten Albedo seit 1984.

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Albedo-Veränderung | Veränderung in der Albedo im Laufe der letzten 20 Jahre
Und das Ergebnis? Von 1985 bis 1996 verringert sich das Rückstrahlungsvermögen leicht, um danach bis 1997 deutlich steiler abzufallen. Interessanterweise steigt die gemittelte Albedo danach wieder an und erreicht 2003 den Wert von 1995. Diese Veränderungen lassen sich auch an anderen Daten festmachen, etwa der Wärmestrahlung, wie sie von Satelliten über tropischen Breiten gemessen wurde. Pallé gesteht indes ein, dass die Ergebnisse nur ein Teil des Ganzen darstellen, da die Oberflächentemperaturen der Erde durch das Gleichgewicht von Sonneneinstrahlung und Wärmeabstrahlung bestimmt werden. "Das hängt von vielen Faktoren zusätzlich zur Albedo ab, wie etwa dem Gehalt an Treibhausgasen in der Atmosphäre. Die neuen Daten unterstreichen jedoch, dass Wolken im richtigen Maße zu berücksichtigen sind. Ferner zeigen sie, dass wir das Klimasystem immer noch nicht gut genug verstanden haben, um sichere Zukunftsvorhersagen zu treffen."

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Erdschein-Teleskope | Die obere Karte zeigt die Position der derzeit eingerichteten Erdschein-Teleskope im Rahmen des Earthshine Project in Kalifornien (Big Bear Solar Observatory), der Ukraine (Crimea Astronomical Observatory) und in China (Yunnan Astronomical Observatory). In der unteren Karte sind die geplanten Standorte der kommenden automatischen Teleskope verzeichnet: Kalifornien, Hawaii, West-Australien, China, Kasachstan, Ukraine, Kanarische Inseln und Chile.
Grund genug also, auch in Zukunft den Erdschein im Auge zu behalten. Dazu sollen weitere Messstationen eingerichtet werden, um kontinuierliche Beobachtungen zu gewährleisten. Schon jetzt beteiligt sich ein Institut auf der Krim, und eines in China beginnt mit ersten Messungen. Ferner sollen acht automatische Teleskope rund um den Globus installiert werden und so ein regelrechtes Erdschein-Netzwerk bilden. "Auch wenn die wissenschaftliche Gemeinschaft den menschlichen Einfluss auf das Klima bestätigt, so müssen die Klimaveränderungen doch noch besser dokumentiert und verstanden werden. Unsere laufenden Erdscheinmessungen werden ein wichtiger Teil dieses Prozesses sein."

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