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Als Nachthimmel wird der dunkle Himmel in der tiefen Dämmerung bzw. in der Nacht bezeichnet. In der Astronomie versteht man darunter vor allem den sternklaren Himmel, das heißt den Nachthimmel bei geringer oder keiner Bewölkung und guter Sichtbarkeit des Sternhimmels.
Zeitlich eingegrenzt wird der Begriff durch den Zeitraum zwischen der Abend- und Morgendämmerung, das heißt, wenn die Sonne mehr als 12° unter dem mathematischen Horizont des betreffenden Ortes steht. Bei diesem Tiefenwinkel und reiner Luft ist der Landschafts-Horizont nur mehr schwach zu erkennen, jedoch eine größere Anzahl von Sternen. Vollständige Dunkelheit kann aber erst herrschen, wenn die Sonne mehr als 18° unter dem Horizont steht (Ende der astronomischen Abenddämmerung beziehungsweise Beginn der astronomischen Morgendämmerung).
Von gutem Nachthimmel spricht man, wenn sich keine starken Lichtquellen in der Nähe befinden, wie zum Beispiel im Gebirge, in Naturschutz- und Lichtschutzgebieten oder auf hoher See.
Der Himmelsanblick einige Stunden vor bzw. nach der Dämmerung wird oft als Morgenhimmel respektive Abendhimmel bezeichnet.