Lichtbrechung und -streuung

Als Zutaten werden lediglich Wassertröpfchen bzw. -moleküle und Sonnenstrahlen benötigt. Als Ergebnis dürfen wir unter anderem den Regenbogen, sowie das Morgen- bzw. Abendrot bestaunen.

 

Doch wie kommt es zu diesen Phänomenen?

 

Als physikalische Grundlagen beim Morgen- und Abendrot dienen die Prozesse der Lichtstreuung. Der Regenbogen basiert dagegen auf dem Prinzip der Lichtbrechung. In beiden Fällen liegt die Ursache im sichtbaren Lichtspektrum, das die verschiedenen Farben entsprechend der unterschiedlichen Wellenlängen aufgeteilt. Als Wellenlänge bezeichnet man dabei den kleinsten Abstand zweier Punkte einer Welle, die in gleicher Phase sind. Also z. B. der Abstand zweier Wellenberge. Während Wasserwellen eine Wellenlänge von bis zu 150 Metern erreichen können, verfügen die Lichtstrahlen über Wellenlängen zwischen 400 und 800 Nanometer (0,0000004 bis 0,0000008 Meter).

Treffen nun die Lichtstrahlen z. B. auf ein Wassermolekül, so wird das Licht an diesem gestreut. Das bedeutet, dass die unterschiedlichen Farben des Lichts unterschiedlich stark vom Wassermolekül abgelenkt werden, ohne dabei die Fortpflanzungsgeschwindigkeit zu verändern. Sowohl am Abend als auch am Morgen müssen das Licht bzw. die Sonnenstrahlen einen langen Weg durch die Atmosphäre zurücklegen. Dabei wird in langsam abnehmendem Maße der kurzwellige Anteil (blau) der Sonnenstrahlung durch Streuung an den Wassermolekülen der Atmosphäre herausgefiltert (Schwächung oder Extinktion des Sonnenlichtes), sodass nur der rote, länger wellige Anteil übrig bleibt. Umso mehr Moleküle oder Partikel in der Luft sind, umso stärker ist die Streuung. Grundvoraussetzung ist jedoch, dass der Himmel beim Morgenrot im Osten und beim Abendrot im Westen größtenteils wolkenfrei ist.

 

Für die Entstehung von einem Regenbogen ist die sogenannte Lichtbrechung von Bedeutung. In diesem Fall tritt das Licht in einen Wassertropfen ein und auch wieder aus. Beim Ein- und Austritt werden die Farben des sichtbaren Lichts dann analog zur Streuung unterschiedlich stark abgelenkt. Die Brechung des Lichts in einem Regentropfen entspricht in seinen Grundzügen (qualitativ) der Farbzerlegung des Sonnenlichts durch ein Prisma (s. Bild). 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 kugelförmigen Tropfenfläche und ihre erneute Ablenkung beim Austritt. Die besten Voraussetzungen für einen Regenbogen sind demnach leichter Regen vor dem Beobachter sowie die relativ niedrig stehende Sonne in seinem Rücken.

Während Morgen- bzw. Abendrot im Volksmund eine Aussage auf das kommende Wetter zulassen (''Abendrot Schönwetterbot, Morgenrot Schlechtwetter droht''), beschreibt der Regenbogen eine kurzfristige Wettererscheinung. Das typische Aprilwetter mit Wechsel von Regenschauern und sonnigen Abschnitten stellt dabei besten Voraussetzungen für die Bildung eines Regenbogens dar. Doch wie die letzten Wochen zeigen, können auch schon im Winter diese Bedingungen sehr gut erfüllt werden. Die schon länger andauernde wechselhafte Westwetterlage bescherte uns schon häufiger beide Naturschauspiele.

 

(Quelle: DWD)