Warum ist der Himmel blau?

Wer an einem sonnigen Tag nach oben blickt, nimmt das blaue Firmament meist als gegeben hin. 

Warum ist der Himmel blau?

 

Hi! Ich bin's wieder, eure Havoc. Ich habe noch immer keinen Studienabschluss in Physik, aber meine Faszination ist unverändert und genau deshalb möchte ich meine Begeisterung mit euch teilen.

 Doch warum ist der Himmel eigentlich blau, wenn die Luft doch farblos ist? Dahinter steckt ein faszinierendes Zusammenspiel aus atmosphärischer Physik und der Funktionsweise unseres menschlichen Auges.

Schauen wir uns das Phänomen also mal genauer an. 

Das Sonnenlicht: Mehr als nur Weiß

Das Licht der Sonne wirkt für uns weiß, besteht aber in Wahrheit aus dem gesamten Spektrum des sichtbaren Lichts. Diese elektromagnetischen Wellen unterscheiden sich in ihrer Wellenlänge:

• Langwelliges Licht: Rot, Orange und Gelb haben Wellenlängen von etwa 600-700 nm.
• Kurzwelliges Licht: Blau und Violett bewegen sich im Bereich von etwa 400-450 nm.

Spektralfarben mit unterschiedlichen Wellenlängen

Die Rayleigh-Streuung: Der entscheidende Effekt

Trifft das Sonnenlicht auf die Erdatmosphäre, stößt es auf unzählige Gasmoleküle – hauptsächlich Stickstoff (N₂) und Sauerstoff (O₂). Diese Teilchen sind deutlich kleiner als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts.

Hier kommt die Rayleigh-Streuung ins Spiel. Sie besagt, dass die Intensität I des gestreuten Lichts umgekehrt proportional zur vierten Potenz der Wellenlänge ist:

Das bedeutet in der Praxis: Kurzwelliges blaues Licht wird etwa viermal stärker gestreut als langwelliges rotes Licht. Während die roten und gelben Lichtwellen die Atmosphäre nahezu ungehindert in gerader Linie durchdringen, wird das blaue Licht an den Gasmolekülen in alle Richtungen abgelenkt und über den gesamten Himmel verteilt. Bei Tag, wenn das Sonnenlicht also einen relativ kurzen Weg durch die Atmosphäre zurücklegen muss, treffen dadurch wesentlich mehr blaue Lichtwellen auf das Auge des Betrachter - der Himmel erscheint blau.

Kurze Wellenlängen (blau) werden stärker gestreut als lange (rot)

Warum sehen wir den Himmel nicht violett?

Physikalisch gesehen wird violettes Licht noch stärker gestreut als blaues Licht, da seine Wellenlänge noch kürzer ist. Dass der Himmel für uns trotzdem blau und nicht violett erscheint, hat zwei Gründe:

• Intensität des Sonnenlichts: Die Sonne strahlt naturgemäß deutlich mehr blaues als violettes Licht ab.
• Menschliche Physiologie: Die Zapfen in unserer Netzhaut, die für das Farbsehen verantwortlich sind, reagieren wesentlich empfindlicher auf Blau und Grün als auf Violett. Das Gehirn verarbeitet das Gemisch aus gestreutem Blau, Violett und etwas Grün zu einem satten Himmelblau.

Und warum ist der Sonnenuntergang rot?

Steht die Sonne tief am Horizont, muss das Licht einen wesentlich längeren Weg durch die Atmosphäre zurücklegen. Das blaue Licht wird auf diesem langen Weg so stark nach allen Seiten weggestreut, dass es das Auge kaum noch erreicht. Übrig bleiben die langwelligen, roten und orangefarbenen Anteile, die den Horizont glühen lassen.

 

Am Abend werden Blauanteile des Lichts herausgefiltert

Na, wieder was Neues gelernt oder wusstet ihr das ohnehin schon? Welches Phänomen sollen wir uns als Nächstes vornehmen? Schreibt es gern in die Kommentare!

Hermanns Apoka...ähm...Eclipse

 Oh, da seid ihr ja wieder. Gut, gut.

Herr Hermann hat nämlich angekündigt, dass er ... heute ... die Sonne verdunkeln will.

Er hat auch schon ein par Vorkehrungen getroffen, damit die dunkle Sonne ihm dann nichts anhaben kann.

 Aber mal im Ernst, sollen wir ihm sagen, wie das wirklich funktioniert?

So ne Sonnenfinsternis ist nämlich was ziemlich Spektakuläres!  Sie entsteht, wenn sich der Mond genau zwischen die Sonne und die Erde schiebt. Dadurch wirft der Mond seinen Schatten auf die Erde und verdeckt das Licht der Sonne teilweise oder vollständig.

Wie eine Sonnenfinsternis entsteht

Damit eine Sonnenfinsternis stattfinden kann, muss Neumond herrschen – die Seite des Mondes, die von der Sonne angestrahlt wird, weist von der Erde weg.
 

1. Die Ausrichtung: Sonne, Mond und Erde stehen exakt auf einer Linie.
2. Der Schattenwurf: Obwohl die Sonne etwa 400-mal größer ist als der Mond, ist sie auch rund 400-mal weiter von der Erde entfernt. Dadurch erscheinen beide Himmelskörper von der Erde aus gesehen fast gleich groß.
3. Zwei Schattenzonen:

• Kernschatten (Umbra): Der Bereich, in dem der Mond die Sonne vollständig verdeckt. Wer sich auf der Erde in dieser schmalen Zone befindet, erlebt eine totale Sonnenfinsternis.
• Halbschatten (Penumbra): Der breitere Bereich um den Kernschatten herum. Hier wird die Sonne nur teilweise verdeckt (partielle Sonnenfinsternis).

Warum findet sie nicht jeden Monat statt?

Ein Mondumlauf um die Erde dauert etwa 29,5 Tage. Theoretisch müsste es also bei jedem Neumond eine Sonnenfinsternis geben. Das passiert jedoch aus einem einfachen Grund nicht:

Die Mondbahn ist geneigt.

Die Bahn, auf der der Mond um die Erde kreist, verläuft nicht flach in derselben Ebene wie die Bahn der Erde um die Sonne (die sogenannte Ekliptik).
Die Mondbahn ist um etwa 5 Grad gegenüber der Erdbahn geneigt.

Das Ergebnis der Neigung

In den meisten Monaten zieht der Mond bei Neumond entweder knapp oberhalb oder knapp unterhalb der Sonne am Himmel vorbei. Sein Schatten trifft dann nicht die Erde, sondern fliegt im Weltall an ihr vorbei.

Wann kommt es zur Finsternis?

Eine Sonnenfinsternis kann nur entstehen, wenn Neumond genau zu dem Zeitpunkt auftritt, an dem der Mond die Erdbahnebene kreuzt. Diese Schnittpunkte nennt man Mondknoten (oder Knotenpunkte). Steht der Mond bei Neumond in der Nähe eines solchen Knotenpunkts, stehen Sonne, Mond und Erde auf einer geraden Linie.

 Pro Jahr gibt es übrigens weltweit mindestens 2 und maximal 5 Sonnenfinsternisse (meist partielle, bei denen die Sonne also nur teilweise verdeckt ist).

 Und ich werd jetzt dann den Herrn Hermann davon überzeugen, dass es nicht seine Gedankenkraft ist, die den Mond auf seiner Bahn direkt vor die Sonne schiebt.

Bis zum nächsten Mal,

 Dr. P. Pumpernickel

 

Jetzt noch ein wichtiger Hinweis: Schaut NIEMALS ohne zertifizierten Schutz (Sonnenfinsternisbrille, Sonnenfilter o.ä.) direkt in die Sonne! Das kann eure Augen schädigen und im schlimmsten Fall sogar zu Erblindung führen! 

Vorstellung Dr. Pumpernickel

 

Guten Tag!

Gestatten Sie, dass ich mich vorstelle. Mein Name ist Pumpernickel. Dr. Penelope Pumpernickel. Meine Freunde dürfen mich Frau P nennen. Ähm ja, niemand nennt mich so.

Ich bin die wissenschaftliche Assistentin unseres künftigen Weltherrschers Hermann. Ein Meerschwein. Ein machthungriges Meerschwein. Ja, der auf meiner Schulter. Lassen Sie sich nicht von seiner Größe täuschen, sein Ego ist nämlich enorm. Seine wissenschaftlichen Kenntnisse ... nun ja, nicht so. 

Aber dafür hat er ja mich. Ich kann ihm dann erklären, warum seine Pläne schon wieder nicht funktioniert haben. Und ihn mit Gurkenscheiben und Karotten trösten. 

Nun denn, ich hoffe, wir sehen uns bald wieder!

Herzlichst

Dr. P. Pumpernickel 

Der fliegende Tischtennisball

 Weißt du eigentlich, dass du einen Tischtennisball mithilfe eines einfachen Föhns fliegen lassen kannst?

 

Hi, ich bin Havoc und ich schaue manchmal ein wenig genauer hin und erkläre dir alltägliche Phänomene, die fast jeder schon mal gesehen hat.

Der Ball im Luftstrom des Föns

Du brauchst gar nicht viel dafür, tatsächlich lediglich einen simplen Haartrockner und einen Tischtennisball. Halte den Föhn so, dass der Luftstrom senkrecht nach oben gerichtet ist. Dann legst du den Tischtennisball vorsichtig direkt in diesen Luftstrom und - TADAAA - er schwebt. 

Aber warum eigentlich?

Warum fällt der Ball nicht einfach seitlich runter? Das liegt am Bernoulli-Effekt. Der Föhn pustet die Luft mit erhöhter Geschwindigkeit nach oben. Das sorgt dafür, dass der Luftdruck innerhalb des Luftstroms geringer ist als in der übrigen, ruhigen Raumluft. Der höhere Druck der unbewegten Luft wirkt dann wie eine unsichtbare Wand, die den Ball in den Luftstrom drückt und dafür sorgt, dass er nicht herunterfällt. 

 

Das geht sogar so weit, dass du den Föhn leicht schräg halten kannst. Bis zu einem gewissen Ausmaß bleibt der Ball im Luftstrom hängen (Coandă-Effekt). 

 Warum fliegt der Ball nicht einfach nach oben, bis der Luftstrom keine Kraft mehr hat? Ganz einfach, weil die Schwerkraft dem entgegenwirkt. Der Tischtennisball schwebt also exakt an dem Punkt, an dem die Anziehungskraft der Erde und die Kraft des Luftstroms sich ausgleichen. 

 

Fun Fact: Wusstest du eigentlich, dass der Bernoulli-Effekt auch beim Sprechen eine Rolle spielt? Aber das schauen wir uns ein anderes Mal an.

 

Na? Wieder was gelernt oder wusstest du das ohnehin schon? Welches alltägliche Phänomen soll ich als nächstes mal genauer unter die Lupe nehmen? Schreib es einfach in die Kommentare!