Thema des Tages

Die Gewaltigkeit des Lichts

Warum ist der Himmel tagsüber blau? Und woher kommen die Rottöne am 
Morgen und Abend? Und wohin verschwindet der blaue Himmel in der 
Nacht?

Am Morgen und Abend oft rötlich oder violett, tagsüber blau, nachts 
schwarz: Die Farben, die sich an unserem Himmel zeigen, decken den 
gesamten Spektralbogen ab. Und damit nähern wir uns bereits der 
Erklärung für die Vielfärberei über unseren Köpfen. Das Sonnenlicht 
erscheint uns nur weiß, tatsächlich ist es bunt. Das erkennen wir 
aber nur, wenn es gestreut und gebrochen wird, denn dann treten die 
unterschiedlichen Wellenlängen des Lichts in verschiedenen 
Intensitäten hervor und wir nehmen die Farben wahr. Dabei kann es je 
nach Wetterlage und Betrachtungswinkel zu ganz unterschiedlichen 
Farbtönen am Firmament kommen.

Licht breitet sich wellenförmig aus. Wichtig für die Färbung des 
Himmels ist die Wellenlänge. Diese beträgt zwischen 400 und 800 
Nanometer. Trifft das Licht auf ein "Hindernis", z.B. auf Wasser oder
Eis, aber auch Ruß und Staub in der Luft, so wird der Lichtstrahl 
abgelenkt oder gebrochen. Je nach Wellenlänge des Lichts, wird dieses
unterschiedlich gebrochen und gestreut und der Himmel färbt sich ein.


Das tägliche Himmelblau und auch Morgen- und Abendrot beruhen auf der
Streuung des Lichts an in der Atmosphäre vorhandenen Teilchen 
(Molekülen). Tagsüber muss das Licht bzw. die Welle nur einen relativ
kurzen Weg durch die Atmosphäre bis zum Betrachter am Erdboden 
zurücklegen, es erreichen also alle Farbanteile des gestreuten Lichts
den Beobachter am Boden. Jedoch wird der kurzwellige Anteil stärker 
gestreut und der Himmel erscheint blau. Diese Erkenntnis und das 
wissenschaftliche Prinzip dahinter gehen auf John William Strutt, 
dritter Baron Rayleigh zurück. Ihm zu Ehren heißt die Streuung des 
Lichts an kleinen Teilchen in der Atmosphäre Rayleigh-Streuung.

Beim Morgen- und Abendrot muss das Licht einen längeren Weg bis zum 
Beobachter zurücklegen. Nun wird der kurzwellige Anteil, also das 
blaue Licht, durch weitere Streuung herausgefiltert und der 
langwellige, rötliche Anteil erreicht den Beobachter. Daher sieht der
Himmel am Morgen und am Abend häufiger rot oder pink, manchmal auch 
violett aus.

In der Nacht, wenn die Sonne die andere Seite der Erde erhellt, kann 
sich an den Molekülen in der Atmosphäre über uns kein oder nur sehr 
wenig Licht brechen und wir blicken (zumindest in wolkenlosen 
Nächten) in den schwarzen Sternenhimmel.

Neben der Rayleigh-Streuung gibt es noch die Mie-Streuung. Sie 
erklärt die Streuung des Lichts an relativ großen Partikeln in der 
Luft, wie zum Beispiel Ruß oder Staub oder auch großen Wassertropfen.
Dabei wird das Licht weitgehend wellenlängenunabhängig und somit als 
weißes Licht gestreut. Daher erscheinen Wolken auch meist weiß.

Bei Gewittern muss das Sonnenlicht durch recht kompakte Wolken und es
wird an den Tröpfchen und Eiskristallen in der Wolke mehrfach 
gestreut. Je nach Sonnenstand erscheint eine Wolke dann schon mal 
grün, bei tief stehender Sonne auch gelb.

Ein Beispiel für Brechung des Lichts ist der Regenbogen. In diesem 
Fall tritt das Licht in einen Wassertropfen ein und auch wieder aus. 
Dabei wird das Licht in seine Spektralfarben zerlegt, so wie bei der 
Lichtbrechung an einem Prisma. Jedoch sind die Farben beim Regenbogen
nicht so scharf voneinander getrennt, wie es beim Prisma der Fall 
wäre. Ursache für die teilweise Mischung der Farben ist die Reflexion
des Lichtstrahls an unterschiedlichen Stellen der Tropfenfläche und 
ihre erneute Ablenkung beim Austritt. Die besten Voraussetzungen für 
einen Regenbogen sind leichter Regen vor dem Beobachter sowie die 
relativ tief stehende Sonne in seinem Rücken. 

Dipl.-Met. Jacqueline Kernn 
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale 
Offenbach, den 19.04.2020

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