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!