Warum gibt es sieben Sonnen am Himmel?

Am 18. August 2024 hielten die Bürger von Chengdu ein atemberaubendes Naturwunder fest – sieben Sonnen erschienen gleichzeitig am Himmel! Wie in Abbildung 1 dargestellt, wurde diese Szene im Internet schnell populär und löste die Bewunderung und Diskussion unzähliger Internetnutzer aus. Einige sagten sogar scherzhaft: „Hou Yi, es ist Zeit zu arbeiten.“ Also, was ist los? Lassen Sie uns das Geheimnis dieser wunderbaren Begegnung zwischen Licht und Schatten lüften.

Abbildung 1: Sieben aufeinanderfolgende Tage (Quelle: Guangming.com)

Zunächst muss klargestellt werden, dass es aus wissenschaftlicher Sicht nur eine echte Sonne im Sonnensystem gibt. Wie also erklären wir die sieben Sonnen, die am Himmel erscheinen? Dabei könnte es sich um ein atmosphärisches optisches Phänomen handeln, das als Nebensonne bekannt ist, oder um eine optische Täuschung, die durch die Brechung und Reflexion von Licht unter bestimmten Bedingungen verursacht wird.

Wie in Abbildung 2 dargestellt, handelt es sich beim „Nebensonnen“ um ein seltenes optisches Phänomen in der Atmosphäre, das normalerweise auftritt, wenn sich die Sonne in mittlerer Höhe befindet und genügend hohe Wolken am Himmel sind, die Licht durchlassen können. Diese hohen Wolken enthalten eine große Anzahl sechseckiger Eiskristalle. Wenn das Sonnenlicht in einem bestimmten Winkel durch diese Eiskristalle fällt, wird es gebrochen und reflektiert, wodurch die Illusion mehrerer Sonnen am Himmel entsteht. Um dieses Phänomen einfangen zu können, muss der Beobachter einen sehr geeigneten Winkel haben.

Abbildung 2 Prinzip von Sundog und Sundog (Bildquelle: Baidu)

Beim Vorfall in Chengdu ist zwar „Nebensonne“ eine mögliche Erklärung, doch der Beschreibung des Fotografen zufolge wurde das Bild durch Glas aufgenommen und das Phänomen konnte aus mehreren Winkeln gesehen werden. Daher handelt es sich hier wahrscheinlicher um ein anderes optisches Phänomen – mehrschichtige Brechung und Reflexion von Licht.

Wie in Abb. 3 gezeigt, löst die Schnittstelle zwischen Luft und Glas, wenn Licht auf die obere Schnittstelle einer einzelnen Glasschicht trifft, die Reflexion und Brechung des Lichts aus. Konkret folgt ein Teil des Lichts dem Reflexionsgesetz und wird an der Grenzfläche reflektiert; während der andere Teil des Lichts gemäß dem Brechungsgesetz durch die Grenzfläche in das Innere des Glases gelangt und im weiteren Verlauf an der unteren Oberfläche des Glases (also der anderen Grenzfläche zwischen Glas und Luft) erneut auf die abwechselnden Effekte von Reflexion und Brechung trifft. Theoretisch wird dieser Prozess unendlich zwischen der Ober- und Unterseite hin- und herlaufen und dabei unzählige reflektierte und durchgelassene Lichter erzeugen. Da jedoch in der Praxis die Lichtdurchlässigkeit von herkömmlichem Glas wesentlich besser ist als seine Lichtreflexionsleistung, wird der Großteil der Lichtenergie nach zwei Brechungen (eine beim Eintritt in das Glas und die andere beim Austritt aus dem Glas) direkt in Form von durchgelassenem Licht übertragen, wodurch die Entstehung unendlicher Lichtstrahlen vermieden wird.

Wenn das Szenario auf mehrere Glasschichten erweitert wird, wird die Situation komplizierter. Bei dieser Struktur fungieren die Ober- und Unterseiten jeder Glasschicht als Medien zur Reflexion und Brechung des Lichts, wodurch das Licht häufig zwischen mehreren Schichten reflektiert und gebrochen wird. Mit zunehmender Anzahl der Glasschichten steigt auch die Anzahl der Reflexionen und Brechungen entsprechend an, sodass die Koexistenz mehrerer Lichtstrahlen sowohl in Richtung des reflektierten als auch des durchgelassenen Lichts beobachtet werden kann. Da jedoch jeder Reflexions- und Brechungsvorgang mit einem Verlust von Lichtenergie einhergeht, nimmt die Lichtintensität sowohl des reflektierten als auch des durchgelassenen Lichts mit zunehmender Anzahl von Reflexionen und Brechungen allmählich ab, bis sie vernachlässigbar wird.

Abbildung 3 Reflexion und Brechung von Einschichtglas

Abbildung 4 Gesamt- und lokale Reflexion und Brechung von Laser-Vierschichtglas

Abbildung 4 zeigt die Reflexion und Brechung des Lasers an vier Glasschichten. Das linke Bild ist eine reale Aufnahme des Versuchsgeräts. Das gesamte Gerät besteht aus einem Halbleiterlaser, einem Objekttisch, einem Glasobjektträger und einem Lichtschirm. Der Laser wird auf das aus vier Glasträgern bestehende Mehrschichtglas gestrahlt und der Lichtschirm dient zur Bildaufnahme. Das Bild rechts ist eine Teilvergrößerung. Auf dem Bild ist zu erkennen, dass nach der Reflexion und Brechung durch vier Glasschichten sieben Lichtpunkte auf dem Lichtschirm erscheinen und die Lichtintensität allmählich abnimmt, bis sie mit bloßem Auge nicht mehr zu erkennen ist. Dieses Phänomen hat nichts mit der Position des Beobachters zu tun. Erhöht man die Anzahl der Glasschichten, erhöht sich auch die Anzahl der sichtbaren Lichtpunkte. Der Abstand zwischen den Lichtpunkten hängt mit dem Abstand zwischen den Gläsern zusammen. Je größer der Abstand zwischen den Gläsern ist, desto größer ist auch der Abstand zwischen den Lichtpunkten, was mit der theoretischen Analyse übereinstimmt.

Im Bild der Sieben-Tage-Konjunktion in Abbildung 1 ist Nr. 3 die Sonne selbst, und die Nr. 4-7 werden durch Brechung und Reflexion von Doppelschichtglas ähnlich wie in Abbildung 4 gebildet. Die Nr. 3-7 weisen außerdem einen deutlichen Abdunklungseffekt auf, der völlig mit den Eigenschaften der Brechungs-Reflexions-Abbildung von Mehrschichtglas übereinstimmt. Die Zahlen 1 und 2 können durch die Verformung einer Glasschicht entstehen, wodurch das Bild in eine andere Richtung geformt wird. Kurz gesagt: Diese sieben Sonnen existieren nicht wirklich, sondern sind lediglich visuelle Phänomene, die durch die mehrfache Brechung und Reflexion des Sonnenlichts im Glas entstehen.