Sun, Moon and Stars

Night sky over Ny-Ålesund

The AWIPEV arctic station is situated at 79 degrees latitude. This is even 8.4 degrees closer to the pole than the Neumayer station in Antarctica. Concerning climate this place is much more hospital but polar day and polar night last longer. Ny-Ålesund lies in the North of the Zeppelin mountain which shadows the sun in spring and fall. Because of this the sun cannot be seen from the platform of the Observatory during winter for more than 5 months. Soon that will be the case again.

 

Polar Day und Night

The closer one gets to the pole, the less curved the sun path on the sky will be. At Ny-Ålesund the difference between upper and lower culmination (at noon and midnight) is only 22 degrees. Living in the mid latitudes people are used to a difference that is much higher than the change of 47 degrees from winter solstice to summer solstice. If it is lower because the place is situated within the polar circle, the sun will not rise or set for several days. I always had my windows taped with aluminium foil for being able to sleep during the polar day.

How bright it gets at noon during the polar night depends on how deep below the horizon the sun will be. At midwinter the sun will always stay more than 12 degrees below. This is beyond the nautical twilight and there is only very little scattered light on the sky. Close to the luminous village this cannot be recognized. But already mid of January there is a faint bluish glimmer on the sky at noon, indicating that December has ended and that the daylight is coming back slowly.

Midsummer, June 21: The sun is shining the whole day. (Illustration made with Stellarium)

 

The Moon

Viewed from the earth, new moon is always close to the sun. If our sun would not be that bright, it could therefore be seen together with the sun on the polar day but never during polar night. At full moon, earths satellite is located opposite the sun. As a consequence if the sun is shining, the full moon will always be below the horizon. Luckily the full moon is standing on the night sky 24h during the polar night when the sun is down. Then it does not set for several days. If the weather is good, the moon turns night into day and makes hikes possible even during the dark season.

Excursion to Tyskehytta in moon light. On this noon, January 17th, the sun is still 9.5° below the horizon. But the faint blue twilight is already noticeable.

Instruments like the FTIR of the university Bremen need direct sunlight. This device takes spectra of the sun to calculate the concentration of trace gases in the atmosphere. To get data even during the polar night, scientists developed the device further to measure also moon light. A part of this moon light measurements during the full moon phase are one of the tasks of the station engineer.

 

The Starry Sky

From the equator the stars from both, northen and southern hemisphere can be seen. In the arctic however only the northern sky is visible. Even the well known constellation Orion, which can be spoted easily in the mid latitudes in winter, never rises completely above the mountains.  On the other hand most of the stars stay circumpolar: They never set.

Nightsky in eastern direction on February 8th, 2016. The remarkable bright spot is the planet Jupiter. If you look closely you can see its biggest moon Ganymed close to its left side.
View from the roof of the Observatory. The green laser beam from the lidar is going vertically into the sky and disappears into the stratosphere. It marks the zenith, the middle of the visible sky over Ny-Ålesund. The exposure time of this image was about 40 minutes. During that time the stars have moved and left its traces on the photograph. Planet earths axis points straight to the middle of the concentrical circles. The angle between this point and the zenith measures 11 degrees – That far the site is from the North Pole.

 

There is a mirror telescope in the dome of the observatory. It is not useable for visual observations. Connected to it is a sensitive star spectrometer. It is used to measure the brightness of the circumpolar star Vega. The results are compared with the expected luminosity of the star. As a result the wavelength dependent absorption of the atmosphere comes out. Once more standard instruments as the sun spectrometer do not work in the polar night and special equipment is needed to get comparable data during dark season.

 

 

Get the Night Sky of Ny-Ålesund on your Computer!

Stellarium is a free software that can visualize the night sky as well as the orbit of sun, moon and planets on your home computer. It can show you the starry sky from all places on earth (even outer space) and runs on most computer systems. It is even more fun if you have the right landscape for it: Download the landscape of Ny-Ålesund and soon you will find yourself at 79 degrees North!

…and that is how it works:

  • Download the software Stellarium: http://www.stellarium.org
  • Install the software into the suggested folder
  • Download the panorama of Ny-Ålesund: http://pano.imageo.ch/stellarium/nyalesund_lidar.zip (50 Mb)
  • Unpack the zip file and copy the folder into the \landscapes directory of the program. On Microsoft windows this directory can be found on C:\Programme\Stellarium\landscapes
  • Run the software
  • Press F4, then “Landscape”: Choose the Ny-Ålesund panorama from the list. In the Options field check all boxes, especially the first, third and the two last ones.
  • Most likely Stellarium will not automatically load the coordinates for Ny-Ålesund. That is why you should press F6 to show the current location. If the latitude is not N78°55’23”, please change it, add the new coordinates to the list and mark it as default: Latitude:  N78°55’23.01″Longitude: E11°55’21.00″Altitude:  20mName/City: Ny-AlesundCountry: NorwayPlanet: Earth
  • When Stellarium is started, it will show you the night sky at the current time. If you want to change date or time press F5 and do so.
  • You can also find all these functions as buttons on the left side of your screen. The most important features in the command list on the bottom of your screen are the buttons for changing the speed on the right. With F1 you can get some help if needed.
  • Do you also want to have a landscape for your home or holiday destination? Check this out: http://www.stellarium.org/wiki/index.php/Landscapes
  • Is your computer fairly old and has difficulties with the high resolution panorama of Ny-Ålesund? Get a smaller version and try again: http://pano.imageo.ch/stellarium/nyalesund_4k.zip (13 Mb).
  • The panorama is labeled in green with a big font size. If you do not like this, the labels can be turned off where you have loaded the panorama. People who feel confident can also change the configuration file config.ini. Change the following two lines underneath the line [landscape]:  label_color = 0.1,0.2,0.3 label_font_size = 12
    There exist two config.ini files. In Windows the dominant file is located in the folder C:\users\…\AppData\Raming\Stellarium\

Now let’s see if you can find out yourself when the sun will rise and set at the AWIPEV observatory:

  • Sun will shine last time of the year: October 5th, 2016, 08:59
  • Start of the polar night: October 22nd, 2016
  • Midwinter, winter solstice: December 21st, 2016
  • End of the polar night: February 20th, 2017
  • Sun will shine first time of the year:  March 8th, 2017, 08:15
  • Start of the polar day: April 19th, 2017
  • Sun will be visible 24h:  April 29th, 2017
First sunrise after the long polar night (Illustration made with Stellarium)
First sunrise after the long polar night (Photograph for comparison)

 

 

 

 

 

 

 

 

Rise of the full moon as expected for February 13th, 2017 (Illustration made with Stellarium)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Let’s hope for some good weather that all people of Ny-Ålesund can inhale the last rays of sunshine.

Enjoy!

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Sonne, Mond und Sterne

Sternenhimmel über Ny-Ålesund

Die AWIPEV Arktisstation liegt auf dem 79. Breitengrad. Sie ist dem Pol sogar noch 8.4 Grad näher als die Neumayer-Station in der Antarktis. Zwar ist das Klima an der Westküste Spitzbergens dank dem Nordatlantikstrom vergleichsweise mild, doch Polartag und Polarnacht dauern hier besonders lange. Das Dorf Ny-Ålesund liegt im Schatten des Zeppelinberges, welcher im Frühjahr und Herbst die tiefstehende Sonne verdeckt. Deswegen lässt sich die Sonne auf der Dachplattform des Observatoriums mehr als 5 Wintermonate nicht blicken. In wenigen Tagen wird es wieder soweit sein.

 

Polartag und Polarnacht

Je mehr man sich dem Pol nähert, umso flacher ist die Bahn, welche die Sonne am Himmel beschreibt. In Ny-Ålesund beträgt der Unterschied zwischen dem höchsten Sonnenstand am Mittag und dem tiefsten Sonnenstand um Mitternacht nur noch 22 Grad. Wer in den mittleren Breiten lebt ist sich gewohnt, dass dieser Unterschied deutlich grösser ist als der halbjährliche Wechsel von 47 Grad zwischen Winter- und Sommersonnenwende. Wird er kleiner, weil sich ein Ort innerhalb des Polarkreises befindet, geht die Sonne über mehrere Tage nicht mehr auf respektive unter. Auch ich habe auf Spitzbergem meine Fenster mit Alufolie zugeklebt, damit ich während dem Polartag Schlaf finden konnte.

Wie hell es während der Polarnacht um die Mittagszeit wird, hängt davon ab, wie tief unter dem Horizont die Sonne bleibt. Um Midwinter sind es immerhin 12 Grad. Damit ist es dunkler als während der nautischen Dämmerung und es gibt am Himmel nur noch sehr wenig Streulicht. In der Nähe des hell erleuchteten Ortes kann man davon nichts mehr erkennen. Doch schon Mitte Januar lässt um die Mittagszeit ein blauer Schimmer erahnen, dass der Dezember vergangen ist und das Tageslicht mehr und mehr zurückkehrt.

Midsommer, 21. Juni: Die Sonne erstrahlt den ganzen Tag (Darstellung mittels Stellarium).

 

Der Mondlauf

Bei Neumond steht der Mond von der Erde aus betrachtet in der Nähe der Sonne. Würde ihn die Sonne nicht überstrahlen, wäre er damit am Polartag stets zu sehen, nicht jedoch während der Polarnacht. Zur Vollmondphase jedoch steht der Mond der Sonne 180 Grad gegenüber. Dann verhält es sich genau umgekehrt: Leuchtet die Sonne am Himmel, steht der Vollmond zwangsläufig unterhalb vom Horizont. Während der Polarnacht hingegen steht er am Firmament und geht über mehrere Tage nicht unter. Wenn dann gutes Wetter herscht, macht er die Nacht zum Tage und ermöglicht Ausflüge auch während der dunklen Jahreszeit.

Ausflug zur Deutschen Hütte bei Mondlicht. An diesem 17. Januar steht die Sonne zur Mittagszeit noch 9.5° unter dem Horizont. Die fahle mittägliche Dämmerung ist bereits erkennbar.

Instrumente wie das FTIR der Universität Bremen sind auf direktes Sonnenlicht angewiesen. Das Gerät misst das Sonnenspektrum, woraus man die Konzentration der Spurengase in der Atmosphäre ableiten kann. Um auch während der Polarnacht Messdaten zu erhalten, haben die Bremer das Gerät so erweitert, dass es das Mondlicht analysieren kann. Messungen während der kurzen Vollmondphasen sind eine der Aufgaben der Stationsingenieurin.

 

Der Sternenhimmel

Während am Äquator über das Jahr hinweg Nord- und Südsternhimmel beide zu sehen sind, kann in der Arktis nur der Nordsternhimmel beobachtet werden. Selbst das in Mitteleuropa bekannte Sternbild Orion erhebt sich nie ganz über die Berge. Dafür gehen die meisten der Sterne während der ganzen Nacht nicht unter, sie sind zirkumpolar.

Sternhimmel Richtung Osten am 8. Februar 2016. Der hellste Punkt ist der Planet Jupiter. Wenn man auf der Vergrösserung genau hinschaut, kann man unmittelbar links davon seinen grössten Mond Ganymed ausmachen.
Aufnahme vom Dach des Observatoriums. Der grüne Laserstrahl vom Lidar schiesst senkrecht nach oben und verliert sich in der Stratosphäre. Er markiert damit den Zenit, die Mitte des Himmelsgewölbes über Ny-Ålesund. Für dieses Bild wurde der Verschluss der Kamera über 40 Minuten offen gehalten. Deswegen haben die Sterne bei der nächtlichen Drehung des Sternhimmels eine Spur hinter sich gelassen. In der Mitte dieser konzentrischen Kreissegmente durchstösst die Erdachse das Firmament. Der Winkel zwischen diesem Durchstosspunkt und dem Zenit beträgt 11 Grad – soweit befindet sich die Station vom Pol.

 

In der Kuppel des Observatoriums steht ein Spiegelteleskop. Es dient nicht der visuellen Beobachtung des Sternenhimmels. Daran angeschlossen ist vielmehr ein Sternspektrometer, mit dessen Hilfe die Helligkeit des zirkumpolaren Sterns Wega exakt bestimmt wird. Diese wird mit der zu erwartenden Helligkeit verglichen. Man bekommt als Resultat die wellenlängenabhängige Absorption der Atmosphäre während der Polarnacht, wenn die Sonnenspektrometer nicht in Funktion sind.

 

 

Erlebe Ny-Ålesund auf deinem Homecomputer!

Das frei verfügbare Planetariumsprogramm Stellarium macht es möglich, den Lauf von Sonne, Mond und Sternen auf Deinem Computer nachzuvollziehen. Stellarium kann den Sternenhimmel von allen Orten der Erde akkurat wiedergeben und läuft auf allen gängigen Betriebssystemen. Richtig viel Spass macht das allerdings erst mit dem richtigen Panorama: Lade die Landschaft von Ny-Ålesund herunter und schon nach kurzer Zeit befindest Du Dich auf 79 Grad Nord! Sogar die umliegenden Berggipfel sind beschriftet.

…und so funktionierts:

  • Lade Dir die für Dein Betriebssystem passende Software herunter: http://www.stellarium.org/de
  • Installiere die Software im vorgeschlagenen Verzeichnis
  • Lade das Panorama von Ny-Alesund herunter: http://pano.imageo.ch/stellarium/nyalesund_lidar.zip (50 Mb)
  • Entpacke die Zip-Datei und kopiere das Verzeichnis in den \landscapes-Ordner des Programmes. Auf Windowssystemen liegt er typischerweise auf C:\Programme\Stellarium\landscapes
  • Starte das Programm
  • Drücke F2: Wähle wahlweise Deutsch als Sprache. Drücke “Save Settings” um die Einstellungen zu speichern.
  • Drücke F4, dann den Reiter “Landschaft”: Wähle das Ny-Alesund-Panorama aus. Unter Einstellungen können vorerst alle Häkchen gesetzt werden, vor allem das erste, dritte und die beiden letzten sollten gesetzt sein.
  • Möglicherweise übernimmt Stellarium nicht automatisch die zum Panorama gehörenden Koordinaten. Drücke daher F6 um das Fenster für die Ortsangabe anzuzeigen.
    Falls unter Latitude nicht N78°55’23” angezeigt wird, folgende Eingaben tätigen, zur Liste hinzufügen und als Standard markieren:
    Latitude:  N78°55’23.01″Longitude: E11°55’21.00″Altitude:  20mName/City: Ny-AlesundCountry: NorwegenPlanet: Erde
  • Die Zeit des dargestellten Himmels entspricht der aktuellen Computerzeit. Zum Ändern drücke F5 und gebe gewünschtes Datum und Zeit ein.
  • Alle diese Einstellfunktionen befinden sich auch hinter den Knöpfen, die sich am linken Bildrand verstecken. Die wichtigsten Funktionen der Leiste am unteren Bildrand sind die Spultasten auf der rechten Seite. Damit lässt sich die Zeit kontinuierlich vor oder zurückspulen. F1 öffnet eine kurze Hilfestellung zur Benutzung der Software.
  • Du interessierst Dich für den Sternenhimmel Deines Heimat- oder Urlaubsortes? Besorge Dir unter http://www.stellarium.org/wiki/index.php/Landscapes einfach weitere Panoramen.
  • Ist Dein Computer schon etwas älter? Hier gibt es das Panorama noch etwas kleiner: http://pano.imageo.ch/stellarium/nyalesund_4k.zip (13 Mb).
  • Die Beschriftungen im Panorama werden hellgrün und relativ gross dargestellt. Wer sich daran stört, kann die Anzeige bei der Auswahl des Panoramas ausschalten. Versierte ändern in der Parameterdatei config.ini unter der Rubrik [landscape] folgende Einträge, um die Schriftgrösse und -farbe anzupassen: label_color = 0.1,0.2,0.3 label_font_size = 12
    Es gibt zwei config.ini-Dateien. Die dominantere befindet sich unter Windows im Verzeichnis C:\users\…\AppData\Raming\Stellarium\

Nun prüfe selber, wann die Sonne auf dem AWIPEV-Stationsdach zu sehen sein wird:

  • Letzter Sonnenstrahl: 5. Oktober 2016, 08:59 Uhr
  • Beginn der Polarnacht: 22. Oktober 2016
  • Midwinter, Wintersonnenwende: 21. Dezember 2016
  • Ende der Polarnacht: 20. Februar 2017
  • Erster Sonnenstrahl:  8. März 2017, 08:15 Uhr
  • Beginn des Polartages: 19. April 2017
  • Sonne wird wieder 24h am Tag zu sehen sein:  29. April 2017
Erster Sonnenstrahl nach der Polarnacht (Darstellung mittels Stellarium)
Erster Sonnenstrahl nach der Polarnacht (das Foto zum Vergleich)

 

 

 

 

 

 

 

 

Vollmondaufgang am 13. Februar auf der linken Seite der Drei Kronen Svea, Nora und Dana (Darstellung mittels Stellarium)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Viel Spass beim Ausprobieren!

Readers comments (1)

  1. Reiner Gerke

    Wow, ein klasse Beitrag. Ich muss ihn bestimmt noch einmallesen, bis ich alles verstanden habe. Das Stellarium probiere ich bestimmt aus.
    Herzliche Grüße aus Bayern

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