Randverdunklung ist ein Phänomen, das bei leuchtenden Kugeln beobachtbar ist. Dieser Effekt ist bedeutsam in der Astronomie bei den Photosphären der Sterne und insbesondere bei der Sonne.

Wie sieht sowas aus?

Auf dem Sonnenfoto oben (Credit: SOHO, ESA/NASA 2003; große Version) fällt auf, dass der Rand der Sonnenscheibe immer etwas dunkler erscheint, als die Sonnenmitte. (Vorsicht! Niemals direkt in die Sonne blicken, um das zu überprüfen: Sonnenfilter, Sonnenprojektionsschirm oder SoFi-Brille verwenden!). Dieser Effekt heißt Randverdunklung (engl. limb darkening).

Die Erklärungen

Wir nehmen zunächst an, dass das Licht die Sonnenkugel nur in radialer Richtung verlasse. Die Photosphäre ist eine gekrümmte, strahlende Oberfläche. Nun ist die beobachtete Strahlungsintensität allerdings eine winkelabhängige Größe und skaliert mit dem Kosinus des Blickwinkels. Wir nehmen als Beobachter die Sonnenstrahlen unterschiedlich wahr: wir schauen direkt in Sonnenstrahlen hinein, die von der Mitte der Sternscheibe ausgehen; aber bei Strahlen, die vom Rand kommen, blicken wir schräg zum Strahl. Anders formuliert bedeutet das, dass der Blickwinkel klein und nahe 0° ist für Strahlen aus der Scheibenmitte; doch er ist hoch, bis zu 90° im Extremfall, für Strahlen vom Scheibenrand. Der Kosinus dieser Winkel ergibt entsprechend etwa 1 (Mitte) bzw. etwa 0 (Rand) und geht als geometrischer Faktor in die Intensität ein. Die winkelabhängige Intensität wird deshalb zum Rand hin unterdrückt. Das erklärt die Randverdunklung geometrisch.
In dieser geometrischen Erklärung wurden radiale Sonnenstrahlen angenommen. Es gibt jedoch in der Natur auch Strahlen vom Rand, die unter kleinem Winkel aus der Photosphäre (etwa parallel zur Sonnenoberfläche) austreten. Das schaffen allerdings nur solche, die besonders nahe an der Sonnenoberfläche sind. Denn je tiefer in der Sonne die Strahlung startet, umso wahrscheinlicher ist ein Absorptions- oder Streuprozess, der die Strahlung schluckt bzw. ablenkt. Wenn es also Strahlung vom Rand noch zum Beobachter schafft, dann nur aus höheren und damit kälteren Schichten der Photosphäre. Die Wärmestrahlung einer kälteren Quelle ist jedoch zum einen 'röter' (hier orange) und zum anderen auch dunkler, weil das Maximum der Planck-Strahlungsverteilung sich mit fallender Temperatur auch nach unten, nämlich zu kleineren Intensitäten, verschiebt. Das erklärt die Randverdunklung zudem physikalisch.

Ein Monsterfleck

Es sei am Rande bemerkt, dass das Beobachtungsfoto oben den größten Sonnenfleck zeigt, der mit SOHO beobachtet wurde: Der Fleck im unteren Bereich ist 15mal größer als die Erde!