Wissenschaft

Die große Sonnenscheibe am Horizont

Hugo Stetter Mai 2002

Bei Beobachtung der Sonnenscheibe mit bloßem Auge erscheint diese in Horizontnähe besonders groß. Gleiches gilt den Mond. Der auszugsweise wieder gegebene Artikel aus der FAZ vom 12. 1. 2000 von Dr. Günter Paul behandelt diese Erscheinung für den Mond, gilt aber ebenso für die Sonnenscheibe. Die variablen Abstände von Sonne bzw. Mond von der Erde kommen auch als nur teilweise Ursache nicht in Frage, weil Horizontnähe und Minimalabstände nicht synchron verlaufen.

"Wenn der Mond kurz nach seinem Aufgang oder kurz vor seinem Untergang dicht über dem Horizont steht. scheint er besonders groß zu sein. Hoch am Himmel jedenfalls wird er als eine viel kleinere Scheibe wahrgenommen. Ganze Generationen von Astronomen und Physikern haben zu erklären versucht. wie es zu diesem Unterschied kommt. In jüngerer Zeit waren sich die Wissenschaftler zumindest einig, dass es sich dabei nur um eine optische Täuschung handeln kann. Den Nachweis dafür haben jetzt Experimente amerikanischer Physiker erbracht.

Oberflächlich betrachtet könnte man meinen der Mond - beziehungsweise seine Scheibe - dicht über dem Horizont sei deshalb größer. weil er sich in geringerer Entfernung vom Betrachter befinde. In Wirklichkeit aber hat seine Position am Himmel keinen nennenswerten Einfluss auf die Distanz. Die Größe der Mondscheibe ist allerdings tatsächlich variabel. Das liegt daran. dass sich der Mond auf einer eliptischen Bahn um die Erde bewegt. Sein Abstand schwankt zwischen 356000 und 4% 700 Kilometern. Es ist aber keineswegs so. dass der Mond über dem Horizont der Erde jedes Mal gerade am nächsten steht. Der Abstand des Mondes von der Erde schwankt nämlich im Rhythmus von knapp einem Monat, während sich die scheinbare Größe innerhalb weniger Stunden ändert.

Als Ursache für den Größeneffekt wurden deshalb Phänomene in der Atmosphäre der Erde erwogen. Wenn sich der Mond nämlich nahe am Horizont befindet, durchquert sein Licht einen viel größeren Luftbereich, als wenn gar hoch am Himmel steht. Deshalb spielen dabei Phänomene wie Lichtstreuung und Lichtbrechung eine Rolle. Aber auch damit lassen sich die beobachteten Größenunterschiede nicht erklären. Die genauere Analysen gezeigt haben.

Den ersten richtigen Ansatz für die Deutung des großen Horizont-Mondes haben die Forscher dem griechischen Astronomen Ptolemäus zu verdanken, der sich schon im 2. Jahrhundert mit der Mond-Illusion beschäftigt hat. Bereits Ptolemäus stellte fest dass ein Objekt - in einer Landschaft betrachtet - weiter von einem Betrachter entfernt zu sein scheint, als sähe man es durch den "leeren" Raum. Dies hat er aus der Anschauung hergeleitet. Der Himmel erscheint als eine abgeflachte Kuppel. Man hat den Eindruck, als sei er uns näher, wenn er direkt über uns steht, als wenn er sich am Horizont befindet. Als Erster dürfte der arabische Astronom AI-Hazan diese Theorie der -scheinbaren Distanz im 11. Jahrhundert weiter ausgebaut haben. Warum erscheint der Mond am Horizont dann aber größer und nicht kleiner?

Die Frage hat in den vergangenen Jahrhunderten bedeutende Forscher beschäftigt. Unter ihnen befinden sich Roger Bacon, Leonardo da Vinci und Johannes Kepler. Aber auch Rene Descartes, Leonhard Euler, Alexander von Humboldt und Hermann von Helmholtz dachten über das Problem nach. Eine Erklärung fanden sie nicht.

Die Lösung beruht auf einer optischen Illusion, die Mario Ponzo im Jahr 1913 erstmals demonstriert hat Zeichnet man ein Gleis mit zwei Schienensträngen perspektivisch derart, dass sich die beiden Stränge in einem fernen Fluchtpunkt zu treffen scheinen, und über das Gleis zwei gleich lange Querbalken. so scheinen diese keineswegs die gleiche Länge aufzuweisen. Derjenige näher am Fluchtpunkt scheint größer zu sein, weil er einen größeren Teil des Gleises mit seinen in unserem Gehirn als parallel registrierten Schienensträngen überdeckt.

Im Jahr 1960 hat Lloyd Kaufman, der später Professor für Psychologie und Neurowissenschaften an der New York Universitv wurde, zusammen mit seinem Mentor Irvin Rock diese Illusion mit der Vorstellungen von Ptolemäus verknüpft und versucht, den Größeneffekt des Mondes damit zu erklären. Auch erste Experimente führten die beiden Wissenschaftler dazu aus. Kaufman meinte, wenn der Mond gemäß Ptolemäus am Horizont für unser Gehirn in größerer Distanz steht, dann müsste er der ponzoschen Illusion zufolge wie der "fernere" Balken über dem Gleis größer - und nicht kleiner - erscheinen. Den endgültigen Beweis dafür konnte er aber noch nicht erbringen.

Mit den neuen Experimenten, die der Forscher mit seinem Sohn James Kaufman vom Almaden Research Center der Firma IBM in San Jose in Kalifornien ausgeführt hat. hat sich die Situation geändert. Es sind Versuche stereoskopischer Natur gewesen. Die Stereoskopie - das räumliche Sehen - beruht darauf, dass die beiden Augen eine Szene unterschiedlich wahrnehmen. Nur der "unendliche" Hintergrund erscheint gleich. Je näher sich ein Objekt hingegen am Betrachter befindet, desto stärker ist es im Bild des rechten Auges gegenüber seiner Position im Bild des linken Auges versetzt.

Der wichtigste Versuch der beiden Kaufmans bestand darin, Probanden in einer stereoskopischen Projektion zwei Teilbilder vorzuführen. von denen jedes ein und denselben im Unendlichen fixierten Mond zeigte. Daneben war auf dem Bild für das linke Auge ein zweiter, gleich großer Mond in festem Abstand zu sehen. Auf dem Bild für das rechte Auge konnte man diesen zweiten Mond seitlich verschieben. In der stereoskopischen Betrachtung hatte der Betrachter deshalb den Eindruck, der Abstand dieses zweiten Mondes von ihm selbst würde sich ändern.

Das Ergebnis des Versuchs, das die beiden Kaufmans in den "Proceedines" der amerikanischen Nationalen Akademie der Wissenschaften (Bd. 97, S. 500) vorgestellt haben. ist ebenso verblüffend wie überzeugend: Je näher der Mond dem Betrachter zu rücken schien, desto kleiner - und nicht größer - wurde er in dessen Wahrnehmung. Der zweite Versuch, der den ersten im Ergebnis untermauert, diente vor allem der quantitativen Auswertung des Effekts abhängig davon, ob der feste und der bewegliche Mond dicht über dem Horizont oder hoch am Himmel dargestellt waren. Zweifellos ist es also die ponzosche Illusion. die in Verbindung mit dem abgeflachten Firmament den großen Mond am Horizont erzeugt.

Hugo Stetter, August Schmidt Ring 40, 45711 Datteln