Warum ist der Himmel blau? Anstelle der sieben Farben eines Regenbogens?

Wenn man nach oben schaut, ist es ein weiterer schöner Tag mit blauem Himmel und weißen Wolken. Moment, mir ist plötzlich eine seltsame Frage in den Sinn gekommen:

Der Himmel, warum ist er blau?

Der farbenfrohe Sonnenschein verleiht diesem Azurblau den ersten blauen Farbtupfer.

Copyright Bild, keine Erlaubnis zum Nachdruck

Die Essenz des Sonnenlichts besteht aus der gesamten elektromagnetischen Strahlung der Sonne, vom ultravioletten Licht mit der höchsten Energie über das mit bloßem Auge erkennbare sichtbare Licht bis hin zu einem Teil des nahen Infrarotspektrums.

Je höher die Energie des Lichts, desto kürzer die Wellenlänge. So haben im sichtbaren Licht blaues und violettes Licht kürzere Wellenlängen und eine höhere Energie, während orangefarbenes und rotes Licht längere Wellenlängen und eine geringere Energie haben.

Wenn daher weißes Licht durch ein Prisma fällt, wird Licht unterschiedlicher Wellenlängen in unterschiedliche Richtungen gebrochen, wodurch ein wunderbares Dispersionsphänomen entsteht.

Auch am Himmel spielt sich ein ähnlicher, wunderbarer Prozess ab, bei dem allerdings kein künstliches Prisma am Werk ist, sondern verschiedene winzige, am Himmel schwebende Partikel, Sauerstoff, Stickstoff, Wasser, Kohlendioxid, Argon usw. Dieser Prozess wird als Rayleigh-Streuung bezeichnet.

Unter Rayleigh-Streuung versteht man die Streuung eines einfallenden Lichtstrahls an winzigen Partikeln wie diesen, deren Radius viel kleiner ist als die Wellenlänge des Lichts oder anderer elektromagnetischer Strahlung. Die Rayleigh-Streuung tritt in Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen lautlos auf, ist jedoch in Gasen am deutlichsten sichtbar.

Nach dem Gesetz der Rayleigh-Streuung wird das Licht umso stärker gestreut, je höher seine Intensität und je kürzer seine Wellenlänge ist. Daher ist die Streufrequenz von violettem Licht mit der kürzesten Wellenlänge mehr als 9-mal höher als das Streuverhältnis von rotem Licht mit der längsten Wellenlänge.

Wenn die Sonne hoch in der Mitte des Himmels steht, tritt das Sonnenlicht vertikal oder in einem leicht schrägen Winkel in die Atmosphäre ein. Tatsächlich wird nur ein kleiner Teil des roten Lichts gestreut, während der größte Teil des blauen Lichts gestreut wird und den gesamten Raum ausfüllt.

Copyright Bild, keine Erlaubnis zum Nachdruck

Wenn wir zu dieser Zeit zum Himmel aufblicken, staunen wir natürlich über seine Klarheit und sein Blau. Wenn die Sonne jedoch auf- oder untergeht, ist die Situation etwas anders. Das Sonnenlicht tritt nahezu horizontal in die Atmosphäre ein und das blaue Licht im Sonnenlicht wird aufgrund der Rayleigh-Streuung in Winkel gestreut, die wir nicht sehen können. Daher ist der Himmel in einem wunderschönen orangeroten Farbton gedruckt. Aufgrund der unbekannten Veränderungen der Sonnenposition und des von uns beobachteten Standorts erscheint der Himmel zudem in einem sehr schönen Farbverlauf.

Wenn die Sonne aufgeht und ihr Winkel immer höher wird, beginnt blaues Licht den Himmel zu erobern und der Himmel verfärbt sich von Orangerot nach Blau.

Wenn die Sonne untergeht und ihr Winkel immer tiefer wird, füllt sich der Himmel mit rotem und orangefarbenem Licht und wird von einem wunderschönen Sonnenuntergangsglühen reflektiert. Auch die Sonne selbst erscheint zu dieser Zeit besonders rot, wie ein pralles, gesalzenes Entenei.

An dieser Stelle fragen Sie sich vielleicht: Da kürzere Wellenlängen des Lichts stärker gestreut werden, was ist mit violettem Licht, das eine kürzere Wellenlänge als blaues Licht hat? Was ist mit grünem Licht mit einer etwas längeren Wellenlänge?

Tatsächlich hängt dies mit der Struktur der menschlichen Augen und des Gehirns zusammen. Tatsächlich wird am Himmel sicherlich viel mehr violettes als blaues Licht gestreut, aber leider kann das menschliche Auge dies nicht erkennen. Der Mensch ist ein Trichromatiker mit drei Farbzapfen und monochromatischen Stäbchen.

Wenn wir ein Farbsignal empfangen, analysiert unser Gehirn es automatisch und ordnet es einer Farbe zu. Dann verstehen wir die Farbe. Unsere Augen reagieren stärker auf blaues, cyanfarbenes und grünes Licht als auf violettes Licht. Obwohl wir mehr violettes Licht sehen, reagieren wir nicht empfindlich darauf und die Signalstärke, die wir empfangen, ist nicht stark genug, um die Signalstärke des blauen Lichts zu unterdrücken.

Copyright Bild, keine Erlaubnis zum Nachdruck

Daher verarbeitet unser Gehirn den Himmel, den wir sehen, bevorzugt als blau.

Mit anderen Worten: Wenn wir empfindlicher auf violettes Licht reagieren, sollte der Himmel, den wir sehen, tatsächlich violett sein und die Szene könnte ein wenig magisch aussehen.

Darüber hinaus gilt der gleiche Grund auch beim Vergleich von grünem und rotem Licht. Wenn rotes und grünes Licht gleichzeitig vorhanden sind, ist es für das menschliche Sehsystem nicht möglich, das grüne Licht gut zu unterscheiden. Stattdessen verarbeitet das Gehirn diese Farbe als Gelb.

Und weil morgens oder abends mehr grünes als rotes Licht verloren geht, hat der Himmel nach der Anpassung die bekannte orangegelbe oder orangerote Farbe.

Mit anderen Worten: Die im Gehirn reflektierte Farbe entspricht nicht direkt der Wellenlänge des Lichts und unser Sehvermögen erfordert eine weitere Verarbeitung.

Die Wahrheit über den blauen Himmel ist, dass er nicht ganz blau ist. Unser Gehirn lässt uns ihn nur größtenteils blau sehen.

Produziert von | Wissenschaftspopularisierung China

Autor: Hydra

Rezension | Luo Huiqian, Assoziierter Forscher, Institut für Physik, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Das Titelbild und die Bilder in diesem Artikel stammen aus der Copyright-Bibliothek

Die Vervielfältigung von Bildinhalten ist nicht gestattet