Wie entstehen Himmelsblau und Abendrot?

Tagsüber erscheint der wolkenlose Himmel blau, morgens oder abends jedoch orange bis rot. Das Geheimnis hinter diesem Farb-Duo liegt in der Art, wie das Sonnenlicht in der Atmosphäre gestreut wird.

Himmelsblau

Die Himmelspalette hat einiges zu bieten: Da wechseln sich Blau, Weiß und Grau, Gelb, Rot und Orange ab und nimmt man noch die Regenbögen hinzu, scheint die Farbenfreude grenzenlos. Der wolkenlose Himmel wird dabei tagsüber von einem Blau dominiert, obwohl sich dahinter doch die Schwärze des Weltalls befindet. An schönen Abenden taucht der Himmel dann schon einmal in ein atemberaubendes Rot, obwohl die Sonne in derselben Farbe wie am Tage scheint. Das Geheimnis hinter dieser Farbenvielfalt liegt in der Art, wie das Sonnenlicht in der Atmosphäre gestreut wird.

Zerstreutes Licht

Das Licht der Sonne erscheint uns zwar gelblich-weiß, doch setzt es sich aus allen Farben des Regenbogens zusammen – von Violett über Blau, Grün, Gelb, Orange bis hin zu Rot. Jede dieser Farben entspricht elektromagnetischer Strahlung einer bestimmten Wellenlänge. Diese Wellenlänge ist bei Blau am kürzesten, bei Rot am längsten.

Die verschiedenen Wellenlängen spielen nun eine wichtige Rolle, wenn das Licht auf dem Weg durch die Atmosphäre mit Gasmolekülen zusammenstößt und dabei seine Richtung ändert. Physiker sagen: Das Licht wird gestreut. Immer wenn wir nicht direkt in die Sonne blicken, sehen wir ausschließlich gestreutes Licht, das über ein paar Umwege von der Sonne in unser Auge gelangte. Daher ist es gerade das gestreute Licht, das die Farbe des Himmels bestimmt.

Abendrot

In der Atmosphäre wird Licht nun umso stärker gestreut, je kleiner seine Wellenlänge ist. Blaues Licht wird daher stärker gestreut als rotes.

Bei hohem Sonnenstand ist der Weg des Sonnenlichts durch die Atmosphäre recht kurz, es wird dabei hauptsächlich Blau gestreut, so dass uns der Himmel am Tag blau erscheint. Bei tiefem Sonnenstand ist der Weg des Lichts durch die Atmosphäre weit länger. Durch die Streuung vermindert sich der Blauanteil dabei so stark, dass das Rot überhand gewinnt. Das Blau wurde weggestreut. Daher ist der wolkenfreie Himmel tagsüber blau, und rot bei Sonnenaufgang (Morgenrot) und Sonnenuntergang (Abendrot).

Rayleigh-Streuung

Im Falle der Lichtstreuung in der Atmosphäre spricht man von Rayleigh-Streuung, benannt nach dem britischen Physiker Lord Rayleigh (1842–1919). Rayleigh-Streuung liegt immer dann vor, wenn Strahlung an Teilchen gestreut wird, die viel kleiner sind als die Wellenlänge der Strahlung. Dies ist bei den Gasmolekülen der Atmosphäre der Fall. Die Wassertropfen beziehungsweise Eiskristalle in Wolken sind hingegen weit größer als die Wellenlänge des Lichts. Hier liegt keine Rayleigh-Streuung vor, vielmehr werden daran alle Wellenlängen des Sonnenlichts reflektiert, so dass uns Wolken weiß erscheinen.

Die Rayleigh-Streuung muss übrigens auch bei der Auswertung von Satelliten-Messdaten berücksichtigt werden, wenn mit diesen beispielsweise Meereswellen oder Wolkendicken vermessen werden.