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Physik im Alltag und Naturphänomene

Nebel mit Baumkorona

Nebel-und-BaumkoronaMorgendlicher Nebel und eine gerade aufgegangene strahlende Sonne verheißen einen schönen Tag. Ich wandere der Sonne entgegen und muss den Blick wegen der starken Blendung senken. Das Gras ist noch weitgehend vom Raureif überzuckert, eine Pracht, die der höher steigenden Sonne bald zum Opfer fallen wird.
Jetzt vergittern einige noch winterlich nackte Bäume die Sicht. Die Sonne bricht durch das Geäst und lässt den Nebel dort in lebhaften Farben erstrahlen. Ich stelle mich so hin, dass die Sonne selbst durch einen Ast ausgeblendet wird. Dadurch wird das an den Nebeltröpfchen gestreute und daher wesentlich schwächere Licht sichtbar. Abgesehen von einem auch jetzt noch durch die Helligkeit der Sonne überstrahlten zentralen Bereich werden farbige Ringe erkennbar, die konzentrisch zur Sonne von unzähligen Wassertröpfchen hervorgerufen werden.
Wir sehen hier eine typische Baumkorona, die dadurch entsteht, dass das Sonnenlicht an den winzigen Wassertröpfchen, die in ihrer Gesamtheit den Nebel ausmachen, gebeugt und dadurch in die Spektralfarben zerlegt werden. Da der Beugungswinkel mit der Wellenlänge zunimmt, erwartet man als innere Ringe die kurzwelligen Farben, violett-blau, grün, gelb und rot. An dieses Ringsystem 1. Ordnung schließt sich ein Ringsystem 2. Ordnung an, das wieder mit den kleineren Wellenlängen beginnt. Während violett-blau und grün der 1. Beugungsordnung noch vom direkten Sonnenlicht überstrahlt werden, erkennt man diese Farben in der sich anschließenden 2. Ordnung ganz gut.
Ein derartiges farbiges Ringsystem nennt man Korona. Koronen treten in unterschiedlichen Kontexten auf (siehe z.B. hier und hier und hier). Sonnenkoronen kann man relativ häufig beobachten, wenn die Sonne durch dünne Wolken hindurch strahlt. Allerdings nimmt man sie nur selten wahr, weil der  Blick in die Sonne aus gutem Grund vermieden wird.
Da jeder Tropfen sein eigenes Ringsystem erzeugt, kommt es nur dann zu einer voll ausgebildeten Korona, wenn die die Ringe sich konstruktiv überlagern. Und das ist nur dann der Fall, wenn die Tropfen von etwa gleicher Größe sind. Ansonsten geht bei der Überlagerung die Farbigkeit durch additive Farbmischung wieder verloren.
Die hier beschriebene Beobachtung wird zum einen dadurch begünstigt, dass das direkte Sonnenlicht durch die Äste der Bäume weitgehend ausgeblendet wird und außerdem ein dunkler Hintergrund gebildet wird, vor dem die zarten Farben besonders gut hervortreten.
Die Baumkorona wird in der Regel von einem weiteren interessanten Phänomen begleitet, den „Sonnenstrahlen“. Das sind Lichtbündel, die durch Lücken zwischen den Ästen aus dem Sonnenlicht ausgeblendet werden. Indem das Licht in diesen Bereichen an den Wassertröpfchen vor allem nach vorn gestreut wird (Miestreuung), treten sie als Strahlen in Erscheinung. Die Strahlen scheinen von der Sonne aus radial in alle Richtungen zu gehen. Dieser Eindruck steht jedoch in krassem Widerspruch zu der Tatsache, dass wegen der großen Entfernung der Sonne nahezu paralleles Licht auf der Erde eintrifft. Der Widerspruch wird dadurch gelöst, dass sich die scheinbare Divergenz als ein Perspektiveneffekt entpuppt, der uns im Alltag auch in anderen Kontexten begegnet. Man denke etwa an die in der Ferne konvergierenden Eisenbahnschienen oder scheinbar am Horizont zusammenlaufende Kondensstreifen von Flugzeugen.

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