Rätselfoto des Monats Juni 2018

Wie ensteht diese Struktur am Sandstrand?

Erklärung des Rätselfotos des Monats Mai 2018

Frage: Wie kommt es zu den Farben?

Antwort: Das Foto zeigt ein in der Sonne liegendes Opalglas. Von den Seiten betrachtet hat es eine leicht bläuliche Farbe, die über Grün in Gelb und wenn man schließlich fast in Sonnenrichtung blickt in Rot übergeht.
Dieser Farbwandel kommt folgendermaßen zustande: Beim Durchgang des weißen Lichts, (das aus allen Spektralfarben bzw. Wellenlängen zusammengesetzt ist), durch das Glas wird es an darin reichlich vorhandenen winzigen Kügelchen von 0,5 bis 10 Mikrometer Durchmesser gestreut. Diese Streuung ist umso stärker, je kleiner die Wellenlänge ist. Violett und Blau am kurzwelligen Ende des Spektrums werden am stärksten gestreut, das langwellige Rot am schwächsten: Die Intensität der Streustrahlung nimmt mit der 4. Potenz der Wellenlänge ab. Da die Wellenlänge von rotem Licht, grob vereinfacht, 2 mal so groß ist wie die von blauem, ist die Intensität des blauen Lichts 2⁴ = 16 mal so groß wie die des roten. In Streulicht ist der Blauanteil darum entsprechend größer als im direkten, weißen Sonnenlicht. Das beim Durchgang durch das Opalglas seitlich herausgestreute Licht ist daher vorwiegend blau, während das durchgehende Licht immer weniger kurzwellige Anteile enthält und schließlich die langwelligen Anteile bis hin zum Rot dominieren.
Einen ganz ähnlichen Vorgang kennen wir aus dem Alltag. Der blaue Himmel verdankt sich eben dieser sogenannten Rayleigstreuung an den Dichteschwankungen der Luftmolkeküle. Da die Intensität des Sonnenlichts so groß ist, dass man der hochstehenden Sonne vom Verlust des blauen Lichts durch die in dieser Position verhältnismäßig dünne Luftschicht kaum etwas anmerkt, muss man bis zum Sonnenuntergang warten, um die Rotfärbung wahrzunehmen.
Manchmal reichen schon die zusätzlichen winzigen Streupartikel aufwirbelten Saharasand aus, um auch am helllichten Tage eine deutliche Rotfärbung aufgrund des verstärken Streuung zu erkennen.
Dieses Phänomen hat übrigens auch schon der Dichterfürst Johann Wolfgang von Goethe beschäftigt. Er gewann ihm vor allem einen lyrischen Aspekt ab:

Wenn der Blick an heiteren Tagen
Sich zur Himmelsbläue lenkt,
Beim Siroc der Sonnenwagen
Purpurrot sich niedersenkt,
Da gebt der Natur die Ehre,
Froh an Aug‘ und Herz gesund,
Und erkennt der Farbenlehre
Allgemeinen, ew’gen Grund.

* benannt nach Lord Rayleigh (1842 – 1919)