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Physik im Alltag und Naturphänomene

Ein Spinnennetz fängt einen Regenbogen ein

Regenbogen_im_SpinnennetzDraußen lag die Welt im frischen Morgenlichte,
die Tauperlen, die in den Spinngeweben hingen,
blitzten in den ersten Sonnenstrahlen.

Theodor Storm (1817 – 1888)

Manchmal gehen Spinnengeweben keine Insekten ins Netz, sondern Regenbögen. Sie kompensieren die Flüchtigkeit ihrer Existenz mit eindrucksvollen Farben. Aus dem unansehnlich grauen Gespinst wird ein ästhetisch ansprechendes Naturphänomen. Ein normaler Regenbogen leuchtet in einer „Wand“ feiner fallender Wassertröpfchen auf. Es sind in jedem Moment andere Tröpfchen, die die jeweiligen farbigen Lichtstrahlen in unsere Augen senden. In den unregelmäßigen Spinngeweben sind die Wassertröpfchen, ähnlich wie die in sie hineingeratene Beute fixiert. Der Beobachter wird aber kaum einen Unterschied zwischen den beiden Bögen feststellen, es sei denn er wartet etwas länger. Der normale Regenbogen verschwindet meist wieder ziemlich schnell. Auch der im Netz gefangene Regenbogen verschwindet schließlich – aber erst wenn die Wassertröpfchen verdunsten und das kann dauern.
Die Tröpfchen entstehen dadurch, dass infolge der Abkühlung der feuchten Luft in der Nacht der Taupunkt unterschritten wird: Die maximale Luftfeuchte unterschreitet dann den Wert der absoluten Luftfeuchte. Dabei kondensiert der überschüssige Wasserdampf an Gräsern und an Spinngeweben in Form winziger Wassertröpfchen aus.
Wenn dieses Netzwerk kleiner Wassertröpfchen von der Sonne bestrahlt wird, liegt eine ähnliche Situation vor wie bei der Entstehung eines Regenbogens in der Wand fallender Tröpfchen. Der Beobachter hat die Sonne im Rücken; das in dieser Situation die Tröpfchen durchsetzende Licht wird an den Grenzflächen zwischen Luft und Wasser gebrochen und reflektiert. Nur das beim Eintritt in den Tropfen gebrochene, beim anschließenden Auftreffen auf die rückwärtige Grenzfläche des Tropfens reflektierte und schließlich beim abermaligen Auftreffen auf die vordere Grenzfläche aus dem Tropfen herausgebrochenen Teilstrahlen tragen zur Intensität des Regenbogenlichts bei. Dabei wird das aus den Spektralfarben bestehende weiße Licht aufgrund des von der Farbe bzw. Wellenlänge abhängigen Brechungsindex in diese Spektralfarben zerlegt und vom Beobachter als entsprechend farbenprächtiger Bogen mit dem roten Licht außen und dem violetten Licht innen wahrgenommen. Dass man trotz des verlustreichen Weges der Lichtstrahlen durch die Tropfen (bei jeder Brechung geht ein weiterer Teil des Lichts durch Reflexion und bei jeder Reflexion ein weiterer Teil durch Brechung verloren) diesen Regenbogen überhaupt sieht, hängt damit zusammen, dass es außerdem zu einer Fokussierung des Lichts in einem Winkelbereich zwischen 40° bis 42° bezüglich der Richtung des einfallenden Lichts kommt(Abb. 2).
Betrachtet man den Regenbogen im Spinnennetz genauer, so kann man schemenhaft einen sekundären Bogen erkennen, der durch das Licht hervorgerufen wird, das nach zwei weiteren Reflexionen aus dem Tropfen heraus gebrochen wird. Da innerhalb des Winkelbereiches zwischen primärem und sekundärem Bogen kein Licht in Richtung Betrachter den Tropfen verlässt, erscheint dieser Bereich besonders dunkel, was insbesondere im Vergleich zum hellen Bereich innerhalb des primären Bogens zu erkennen ist. Hier fehlt das Licht, das im Regenbogen konzentriert wird.
Da sich im Unterschied zum normalen Regenbogen die Tröpfchen auf den Spinnweben in unmittelbarer Nähe des Betrachters befinden, kann man mit etwas Übung zwei ein wenig gegeneinander verschobene Bögen, mit jedem Auge einen erkennen. Das lässt sich jedoch mit der (einäugigen) Kamera nicht abbilden.
Dieselbe Sonne, die das farbige Schauspiel in den feuchten Spinnennetzen erst möglich macht, entzieht ihm aber alsbald die Grundlage, indem sie die Tröpfchen verdunsten lässt. Wie um diesen Mangel zu kompensieren, hat die Natur aber gleich ein weiteres Farbenspiel im Spinnennetz parat, das auch bei Trockenheit funktioniert.

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