Am Ende des Regenbogens zweiter Ordnung

H. Joachim Schlichting. Physik in unserer Zeit 50/4 (2019), S. 200

Bei aufmerksamer Betrachtung eines Springbrunnens lassen sich in den Tropfen Fragmente eines Regenbogens erkennen, auch wenn die Sonne schon relativ hoch steht.

Am Ende des Regenbogens soll bekanntlich ein Schatz zu finden sein. Ist er auch, aber anders als man denkt. Wenn man an einem sonnigen Tag mit der noch tiefstehenden Sonne im Rücken einen Springbrunnen betrachtet, bekommt man im Gischt der Fontäne zumindest Fragmente eines Regenbogens zu sehen. Mit aufsteigender Sonne sinkt der Bogen und „ersäuft“ meist im Wasser an der Wurzel der Fontäne.
Aber man sollte es nicht aufgeben, auch bei höher stehender Sonne den beleuchteten Springbrunnen sorgfältig in den Blick zu nehmen. Mit etwas Glück sieht man im Wasser zumindest temporär farbige Lichtflecken aufblitzen. In einer solchen Situation ist das Foto entstanden, auf dem das kurzfristig Gesehene als Foto in Ruhe angeschaut werden kann. Zahleiche bunte Lichtpfeile dokumentieren die Spuren leuchtender Tropfen, die infolge der endlichen Belichtungszeit der Kamera etwas in die Länge gezogen wurden.
Die Uhrzeit und die dadurch bestimmte Sonnenhöhe sprechen allerdings dagegen, dass hier noch etwas von dem Regenbogen zu sehen ist. Hinzu kommt, dass die Farbreihenfolge offenbar nicht stimmt. Bei einem Regenbogen befinden sich die Rottöne außen, während die Blautöne am inneren Rand auftreten. Auf dem Foto ist es aber gerade umgekehrt.
Woher kommen also die Farben? Vielleicht erinnert sich der eine oder die andere, dass neben dem normalen Regenbogen, dem Regenbogen 1. Ordnung, unter größerem Winkel oft auch noch ein Regenbogen 2. Ordnung gesehen werden kann. Dies wird meist vergessen, weil er wegen einer zusätzlichen Reflexion in den Wassertropfen wesentlich lichtschwächer ausfällt und daher nicht sichtbar ist. Und außerdem ist bei diesem Bogen wegen der weiteren Reflexion die Farbreihenfolge umgekehrt: Blau außen, Rot innen. Aber genau damit haben wir es hier zu tun. Auch wenn es nur spärliche Fragmenten sind, sie zeugen vom Regenbogen 2. Ordnung.
Zwar sind nicht die leuchtenden Tropfen direkt zu sehen, sondern nur ihre Lichtspuren, die sie während der endlichen Belichtungszeit auf dem Camerachip hinterlassen. Das macht die Sache aber nicht unrealistischer. Denn auch unsere Augen sehen bewegte Vorgänge teilweise verschmiert. So nehmen wir Regentropfen meist als Fäden wahr, was wohl zu der Redensart geführt hat: „Es regnet Bindfäden“. Die in die Länge gezogenen leuchtenden Tropfen haben sogar einen Vorteil. Sie entfalten das punktuelle Farbphänomen zu einer größeren Sichtbarkeit. Ohne dies wären die Farben wohl gar nicht wahrzunehmen.
Teilweise ist sogar das ganze Farbspektrum zu sehen, das dem durchlaufenen Winkelbereich des Tropfens entspricht (siehe im Foto unten rechts). Die pfeilartige Zuspitzung der Lichtspuren ist übrigens auf den Kameraverschluss zurückzuführen, der beim Schließen den Lichtstreifen gewissermaßen abschnürt.
Die ebenfalls abgebildeten Blasen befinden sich auf der Teichoberfläche. Sie werden durch größere Tropfen hervorgerufen, die beim Sturz ins Wasser einen Hohlraum hervorrufen, in dem durch das über ihm wieder zusammenlaufende Wasser, eine Luftportion eingeschlossen wird, die dann als Halbblase zur Oberfläche steigt. Normalerweise platzt eine Blase mit einer reinen Wasserhaut sofort wieder. Da das Teichwasser aber teilweise durch tensidartig wirkende Stoffe biologischen Ursprungs entspannt wird, ist ihnen eine gewisse Lebenszeit beschieden. Man kann auf der Halbblase zumindest schemenhaft die ganze Umgebung gespiegelt finden.
Erwähnenswert ist vielleicht auch noch, dass man die Gradation des Himmelblaus in der ansonsten etwas unscharfen „Fischaugenabbildung“ auf den halbkugelförmigen Blasen erkennen kann. Im Zenit hat man ein dunkles Blau, das zu den Rändern hin immer heller wird. Darin kommt zum Ausdruck, dass man im Zenit durch eine vergleichsweise dünne Atmosphärenschicht in das dunkle Weltall blickt, während die Schicht zu den Rändern hin dicker und damit der Streuanteil des Lichts entsprechend größer werden.

Anmerkung: Regelmäßige Besucher meines Blogs werden sich vielleicht erinnern, dass ich bereits vor längerer Zeit eine Kurzversion dieses Beitrags gebracht habe. Hiermit ist auch die etwas ausführlicher Publikation verfügbar.

PDF: Am Ende des Regenbogens zweiter Ordnung