Warum beugt sich das rote Licht der Sonne während der totalen Mondfinsternis zum Mond?

Die Dichte der Erdatmosphäre nimmt mit der Höhe ab, wenn wir uns also einen Querschnitt durch die Atmosphäre ansehen würden, würden wir ungefähr Folgendes erhalten:

Der Brechungsindex der Luft hängt von der Dichte ab, sodass wir einen Brechungsindexgradienten erhalten$n = 1.0003$an der Oberfläche bis zu$n = 1$im Raum, und wenn sich ein Lichtstrahl in einem Brechungsindexgradienten ausbreitet, wird er in Richtung zunehmenden Brechungsindex gebrochen, dh nach unten zum Boden.

Dies ist übrigens derselbe Grund, warum wir Trugbilder nur in umgekehrter Richtung erhalten. Bei einer Fata Morgana erwärmt der Boden die Luft und verringert die Luftdichte in Bodennähe. Dadurch entsteht ein Brechungsindex-Gradient, bei dem der Brechungsindex mit der Höhe zunimmt und die Lichtstrahlen vom Boden weg nach oben krümmen.

Jedenfalls sollte jetzt klar sein, warum die Erdatmosphäre Strahlen nach innen bricht. Wenn wir in einem größeren Maßstab betrachten, verliert die Lichtstrahlbahn ungefähr so:

Die Brechung lässt alles Licht, sowohl rotes als auch blaues, nach innen zum Mond biegen. Das blaue Licht wird jedoch aufgrund der Rayleigh-Streuung bevorzugt entfernt, sodass das Licht, das den Mond erreicht, insgesamt eine rote Farbe hat.