Kees Floor. Meteorologica maart 2014.
Kees Floor. Meteorologica maart 2014.
'Negeer die zonsverduistering, geniet liever van de opkomende of ondergaande zon!'. Slechts weinig Meteorologica-lezers zullen, als de gelegenheid zich voordoet, dit op internet aangetroffen advies van een zelfbenoemd mondiaal futurist ter harte nemen. Toch zit er wel wat in, want de verschijnselen die zich bij zonsopkomst en zonsondergang voordoen, zijn - ook zonder gelijktijdig optredende zonsverduistering - elke keer weer indrukwekkend. De foto's bij dit artikel laten dat nog eens zien en bieden tegelijkertijd de eclipsfanaat de gelegenheid de eigen voorkeur te volgen.
 |
 |
| 1. Ondergaande zon tijdens de zonsverduistering van 4 december 2002, Lake Hart, Australië. Foto: Nigel Evans. |
|
De dagelijkse zonsondergangen, maar ook de veel zeldzamer zonsverduisteringen, zijn gebeurtenissen die veel waarnemers en fotografen, veelal voorzien van kostbare apparatuur, op de been brengen. De beide verschijnselen kunnen zich ook tegelijkertijd voordoen. Elke totale zonsverduistering begint namelijk ergens op aarde bij zonsopkomst en eindigt elders bij zonsondergang. Voor gedeeltelijke zonsverduisteringen geldt eveneens dat ze zich op een bepaalde plek voordoen tijdens zonsopkomst en later ergens anders bij zonsondergang. De combinatie van een laagstaande zon en een al dan niet totale zonsverduistering komt dus net zo vaak voor als een zonsverduistering zelf. De foto's bij dit artikel geven een aantal voorbeelden.
Afplatting
Van de verschijnselen die bij laagstaande zon optreden, zijn de afplatting en
de roodkleuring van de zonneschijf het meest alledaags. De afplatting is een
gevolg van de zogeheten atmosferische straalkromming, die maakt dat we objecten
aan de hemel hoger zien staan dan in werkelijkheid het geval is. De optilling
is groter naarmate het object zich verder van het zenit bevindt. Daardoor wordt
de onderrand van de zon meer opgetild dan de bovenrand, wat resulteert in een
afgeplatte vorm van de zonneschijf.
De afplatting was onder meer goed zichtbaar tijdens de zonsopkomst van 10 mei
2013, waargenomen vanaf een locatie in het noordwesten van Australië (figuur
2). De opname werd gemaakt tijdens een ringvormige zonsverduistering, waarbij
de maan net iets te klein is om de zon helemaal af te schermen. We zien dat
niet alleen de zon is afgeplat, maar ook de maan. De afplatting is namelijk
niet gekoppeld aan het hemellichaam, maar uitsluitend aan de afstand tot het
zenit.
 |
 |
 |
|
|
|
Roodkleuring
Naast de afplatting is de roodkleuring van de zonneschijf een effect dat zich
standaard voordoet als de zon de horizon nadert. De roodkleuring is een gevolg
van de verstrooiing die optreedt als het zonlicht zich door de atmosfeer voortplant.
Bij laagstaande zon is de weg die het licht moet afleggen om de waarnemer te
bereiken, langer dan wanneer de zon hoog aan de hemel staat. Daardoor zijn de
gevolgen van het optreden van verstrooiing bij zonsopkomst en zonsondergang
het grootst. In eerste instantie leidt de verstrooiing tot een afname van de
helderheid van de zonneschijf. Doordat de verstrooiing afhankelijk is van de
kleur en voor blauw licht sterker is dan voor rood licht, is bij laagstaande
zon het meeste violet en blauw uit het zonlicht verdwenen en resteert vooral
het rood in het van de zonneschijf afkomstige licht.
Bij een gemiddeld verloop van de temperatuur met de hoogte en een constante
hoeveelheid vocht en verontreinigingen in de dampkring, mag je een geleidelijke
overgang verwachten van gele of oranje tinten in het bovenste deel van de zonneschijf
naar rodere tinten onderin. De foto van figuur 3, gemaakt te Egmond aan Zee
tijdens de gedeeltelijke zonsverduistering van 20 juli 1982, laat zien dat de
werkelijkheid anders kan zijn. De atmosfeer is in dit geval opgebouwd uit een
aantal lagen met verschillende hoeveelheden vocht of verontreinigingen. Het
gedeelte van de zon dat we zien door 'schonere' lagen kan daardoor een lichtere
of gelere tint hebben dan een hoger deel van de zonneschijf. De kleur van de
zon op foto's hangt overigens ook af van de belichting: overbelichte delen zijn
geler of witter dan 'normaal' belichte of onderbelichte stukken zonneschijf.
Afplatting en roodkleuring zijn effecten die zich altijd voordoen; een gemiddeld
verloop van de temperatuur met de hoogte in een homogeen samengestelde atmosfeer
is al voldoende om de verschijnselen te laten optreden. Vaak, misschien wel
altijd, wijkt de opbouw van de atmosfeer echter af van dit gemiddelde. Dat heeft
dan direct gevolgen voor de vorm die we de zonneschijf zien aannemen.
Luchtspiegelingen
Een van die afwijkende temperatuurprofielen veroorzaakt luchtspiegelingen. Het
aardoppervlak, bij waarnemingen van de laagstaande zon bij voorkeur een wateroppervlak,
is dan warmer dan de lucht erboven. De onderste, van onderen af iets opgewarmde
laag, fungeert in dit soort situaties als spiegel, waartegen licht afkomstig
van de hemel reflecteert. We zien dan hemellichamen of objecten in de verte
niet alleen rechtstreeks, maar ook nog eens geheel of gedeeltelijk naar beneden
weerspiegeld.
Dergelijke luchtspiegelingen boven warm water kunnen we beschrijven met behulp
van de begrippen verdwijnlijn, grenslijn en optische horizon (zie figuur 4).
De verdwijnlijn markeert het laagste gedeelte van de zonneschijf dat we onder
deze omstandigheden nog kunnen waarnemen. De optische horizon of kim loopt langs
de punten op het aardoppervlak in de verte die we nog net kunnen zien; boven
warm water is de optische horizon vaak gekarteld, doordat we door atmosferische
straalkromming de golven in de verte boven de kim uit zien steken. Tussen de
verdwijnlijn en de optische horizon zien we de weerspiegeling van een gedeelte
van de zonneschijf direct boven de verdwijnlijn. Langs de bovengrens van de
zone die we zowel direct als gespiegeld zien, loopt de grenslijn.
De zon komt boven warm water niet op bij de kim, maar is het eerst zichtbaar
bij de verdwijnlijn. Van daaruit breidt de lichte vlek zich zowel naar beneden
als naar boven uit. Even later zien we door het luchtspiegelingseffect het eerste
segment van de opkomende zon met afgeronde hoeken. Wat later zien we een zonneschijf
die deuken vertoont, om vrij snel daarna de vorm aan te nemen van de Griekse
hoofdletter omega ( ). Het niet door de maan afgeschermde deel van de zonneschijf
in figuur 5 toont zo'n deuk, terwijl de zonneschijf in figuur 4, als we ons
voorstellen hoe hij eruit zou zien zonder verduistering, de omega-vorm vertoont.
Tenslotte komt de zon geheel los van de verdwijnlijn en zinkt de weerspiegeling
van de zon weg achter de kim. De volgorde van de verschijnselen is omgekeerd
bij zonsondergang.
Een zonsopkomst boven warm water kon bijvoorbeeld worden waargenomen tijdens
de zonsverduistering van 3 november 2013; figuur 5 toont een opname die toen
werd gemaakt. De verdwijnlijn loopt door het smalste deel van de gedeeltelijk
verduisterde zon, dus door de rechter deuk in de zonneschijf; de linkerdeuk
is afgeschermd door de maan en daardoor niet te zien. Tussen de optische horizon
en de verdwijnlijn zien we het gedeelte van de zonneschijf tussen verdwijnlijn
en grenslijn weerspiegeld.
De situatie van figuur 5 kan ook bekeken worden vanuit het perspectief van een
maanwaarnemer. Normaliter zal de opkomende nieuwe maan niet zichtbaar zijn,
maar met de zonneschijf als achtergrond is dat wel het geval. De maan kwam op
bij de verdwijnlijn, evenals dat kort daarvoor ook het geval was geweest bij
de opkomst van de zon. In dit geval gaat het om een donkere vlek tegen een lichte
achtergrond; de vlek breidt zich geleidelijk naar boven en naar beneden toe
uit. In figuur 5 loopt de verdwijnlijn door het breedste stuk van de maan; het
donkere gebied tussen de verdwijnlijn en de optische horizon is het spiegelbeeld
van het gedeelte van de (donkere) maanschijf tussen de grenslijn en de verdwijnlijn.
De figuur laat verder zien dat de zon en de maan geen strakke randen vertonen;
dat komt doordat de atmosfeer fungeert als een lens van slechte kwaliteit, vooral
in de buurt van de verdwijnlijn.
 |
 |
|
|
Gerimpeld beeld
Afwijkingen van het gemiddelde temperatuurprofiel treden ook op bij de aanwezigheid
van een of meer warmere lagen in de atmosfeer. De inversies veroorzaken vervormingen
van de zonneschijf bij laagstaande zon, die onder meer bepaald worden door de
hoogte van de waarnemer en die van de inversie. De vervormingen kunnen er bijvoorbeeld
toe leiden dat verschillende horizontale banden van de zonneschijf op een verschillende
manier worden samengedrukt of uitgerekt. Daarbij lijkt het onderste deel van
de zonneschijf soms als een druppel onder de rest van de zon te hangen; het
effect is met wat goede wil zichtbaar in figuur 2, maar kan in andere gevallen
ook veel duidelijker zijn.
Een gelaagde opbouw van de atmosfeer geeft in veel gevallen ook aanleiding tot
het optreden van uitstulpingen of afsnoeringen aan de randen van de zonneschijf.
Tijdens zonsverduisteringen zijn die effecten ook geregeld waar te nemen aan
de niet door de verduistering beïnvloede delen van de zonneschijf. Veel
zeldzamer zijn de afsnoeringen aan de punten van de sikkel van een gedeeltelijk
verduisterde zon. Ze deden zich voor tijdens de gedeeltelijke zonsverduistering
van 20 juli 1982, zoals waargenomen vanuit Egmond aan Zee (figuur 6).
Groene en rode flits
Wie denkt aan een zonsondergang, denkt vaak tevens aan de groene flits. Dit
legendarische verschijnsel komt er op neer dat er bij helder weer een groene
of blauwe rand of vlek zichtbaar is aan de bovenzijde van de laagstaande zon
of dicht daarbij. Door vergrotingseffecten die optreden tijdens luchtspiegelingen
of bij een gelaagde opbouw van de atmosfeer, is het verschijnsel soms met het
blote oog te zien. In andere gevallen is een verrekijker of een telescoop vereist
om het groen zichtbaar te maken, maar tijdens zonsverduisteringen lijkt dat
nooit een probleem. Het verschijnsel wordt vooral veroorzaakt door de kleurschifting
die optreedt bij atmosferische straalbreking. Het blauwe en groene licht wordt
sterker gebroken dan bijvoorbeeld rood licht. Daardoor zien we het blauw of
groen aan de bovenzijde van de laagstaande zon of zich dicht bij de horizon
bevindende planeten als Venus en Mercurius. Hiermee samenhangend kan de onderzijde
soms een rode rand, uitstulping of afsnoering worden waargenomen; in zo'n geval
spreekt men van een rode flits.
Figuur 1 geeft een voorbeeld van een zonsondergang met een groene rand, een
van de vormen waarin de groene flits zich kan manifesteren. De opmerkelijke
foto werd gemaakt tijdens de zonsverduistering van 4 december 2002 vanuit een
waarneemlocatie in Australië. Het gedeelte van de zonnesikkel dat op de
kim ligt en bijna ondergaat, vertoont een groene rand.
Tijdens de ringvormige zonsondergang van 10 mei 2013 vertoonde de zon niet alleen
een groene rand, maar ook een rode. De kleuren waren te zien bij een gedeelte
van de heldere ring die tijdens dergelijke zonsverduisteringen korte tijd zichtbaar
kan zijn (figuur 7).
Meer beelden
 |
 |
 |
|
Zonsondergang met luchtspiegeling.
|
Zonsondergang met luchtspiegeling.
|
Zonsondergang met luchtspiegeling.
|
 |
||
|
Zonsondergang met groene flits.
|