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Montag, 27.03.2017
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Ein Bogen aus buntem Licht...

Von Regenbögen, Wassertropfen und den Wellenlängen des Lichts

Am Fuße des Regenbogens liegt ein Schatz begraben... so heißt es im Volksmund und viele Märchen- oder Sagengestalten müssen erst zum Ende des Regenbogens reisen, um die ihnen gestellte Aufgabe zu erfüllen. Wenngleich sein Geheimnis heute längst enträtselt ist und auch die Kinder heute schon wissen, daß man den Fuß des Regenbogens niemals erreicht, hat der Bogen aus Licht seine Faszination und Symbolkraft für uns nicht verloren. Die Umweltorganisation Greenpeace und andere Organisationen und Bewegungen benutzen ihn und seine typische Farbabfolge heute als Symbol für Harmonie, Ganzheitlichkeit oder Naturschutz.

Regenbogen

Regenbogen

Ein Regenbogen entsteht dadurch, daß das Sonnenlicht von Regentropfen gebrochen und reflektiert wird. Im Gegensatz zum Volksglauben hat er zwar keinen festen Ort, wohl aber eine feste Ausrichtung: Er ist immer an der der Sonne genau entgegengesetzten Seite des Himmels in einem Winkelabstand von 42° um den Sonnengegenpunkt zu sehen. Da dieser Sonnengegenpunkt bei hochstehender Sonne hinter dem Horizont liegt, ist es unmöglich, mittags einen Regenbogen zu beobachten. Je höher die Sonne am Himmel steht, desto flacher ist der Regenbogen, bei tiefstehender Abendsonne wölbt er sich entsprechend hoch.

Mehr als 42° geht nicht


Warum aber beträgt dieser Winkel immer 42°? Ein Lichtstrahl, der in einen Wassertropfen eintritt, wird von der Grenzschicht zwischen Wasser und Luft reflektiert und verläßt den Tropfen wieder in einem bestimmten Winkel zu seiner ursprünglichen Einfallsrichtung. Natürlich fällt in Wirklichkeit immer ein ganzes Bündel Lichtstrahlen in einen Tropfen ein, und da jeder einzelne Strahl in einem anderen Winkel auf die Tropfenoberfläche trifft, sind die Austrittswinkel ebenfalls ganz unterschiedlich.

Brechung des Lichts in einem Wassertropfen

Brechung des Lichts in einem Wassertropfen

Dass dennoch nur die 42° Strahlen von uns als Regenbogen wahrgenommen werden, hängt damit zusammen, daß eine größere Ablenkung aus physikalischen Gründen nicht möglich ist. Alle Lichtstrahlen, die eigentlich noch weiter als diese 42° gebrochen werden müßten, konzentrieren sich an diesem Grenzwert und bilden dadurch den für uns sichtbaren Regenbogen. Die Lichtstrahlen mit kleineren Auslenkwinkeln verursachen lediglich eine leichte Aufhellung des Himmels innerhalb des Bogens.

Da das Sonnenlicht aus Strahlen verschiedener Wellenlänge aufgebaut ist, und sich die Brechung für jede Wellenlänge etwas unterscheidet, wird das Licht nicht nur abgelenkt sondern auch in seine Farbanteile zerlegt. Blaues Licht wird stärker gebrochen als rotes und liegt dadurch beim Austritt aus dem Tropfen näher am ursprünglichen Strahl. Im Regenbogen sehen wir daher den blauvioletten Streifen am weitesten innen, gefolgt von grün, gelb und ganz außen rot.

Ein doppelter Regenbogen mit dem typischen, dunkleren Band dazwischen.

Ein doppelter Regenbogen mit dem typischen, dunkleren Band dazwischen.

Nebenbögen und Mondregenbögen


Oft ist zusätzlich zum Hauptbogen noch ein weiter außen liegender blasserer Nebenbogen zu sehen, der fast wie ein Spiegelbild des ersten Bogens wirkt, da seine Farbreihenfolge genau umgekehrt wie die des Hauptbogens ist. Wie der „normale“ Regenbogen, wird auch beim Nebenbogen das Licht in Regentröpfchen gebrochen. Bei einem bestimmten Eintrittswinkel wird aber ein Teil des Lichtstrahls nicht nur einmal, sondern zweimal an der Grenzschicht des Tropfens reflektiert.

Wenn diese Lichtstrahlen den Tropfen wieder verlassen, kreuzen sie die ursprünglichen Richtung des Sonnenlichts. Da der blaue Lichtstrahl wieder stärker gebrochen wird als die anderen Farben, bildet er nach dem Überkreuzen einen etwas größeren Winkel und im Nebenbogen liegt die blaue Farbe daher außen.

Auch das Mondlicht kann Regenbögen erzeugen. Allerdings ist das reflektierte Licht dann so schwach, daß wir es nicht mehr als farbig wahrnehmen können. Bei sehr schwachem Licht treten die lichtempfindlicheren Sehsinneszellen unserer Augen, die sogenannten „Stäbchen“, in Aktion. Da sie aber nur hell-dunkel unterscheiden können, sind nachts alle Katzen grau und auch ein Mondregenbogen nur ein schwacher farbloser Lichtstreif...
Nadja Podbregar
Stand: 20.12.2013
 
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