Glasscheibe

Irisierende Wolken aus zweiter Hand

Warum sieht man irisierende Wolken meistens im Wasser oder auf anderen spiegelnden Flächen in der Umwelt und nicht direkt am Himmel? Weil man dazu zu den sonnenlichtdurchfluteten Wolken aufschauen muss. Und das meidet man meistens – zu Recht.
Auf dem Foto sieht man gespiegelte irisierende Wolken. Da die Glasscheiben nur je nach Einfallswinkel einen mehr oder weniger kleinen Prozentsatz der Lichtintensität der Sonne reflektieren, lässt sich das Licht in aller Ruhe ohne Einschränkungen anschauen.
Wie kommt es zu diesem schönen Farbenspiel?
Bei den Wolken handelt es sich meist um Altocumulus, die sich in einer Höhe von 1500 bis 5000 m befinden. Daher bestehen sie nicht aus Eiskristallen, sondern aus kleinen Wassertröpfchen. An diesen Tröpfchen wird das Sonnenlicht gebeugt. Man stelle sich am besten vor, dass beim Auftreffen des Lichts an den verschiedenen Stellen eines Tröpfchens neue Lichtwellen ausgelöst werden. Und wenn die sich im Auge des Betrachters oder der Linse der Kamera überlagern, haben sie im Allgemeinen geringfügig unterschiedliche Wege zurückgelegt. Ist der Wegunterschied gerade so groß, dass sich Wellenbauch und Wellental einer bestimmten Wellenlänge des Lichts (Farbe) aufheben, fehlt die entsprechende Farbe im Spektrum des weißen Lichts und man sieht den Rest der Farben, die sogenannte Komplementärfarbe. Wenn sich Wellenberg und Wellenberg treffen, tritt hingegen eine Verstärkung dieser Farbe auf. Aber auch in diesem Fall wird die „Farbmischung“ des weißen Lichts entsprechend gestört und das Licht wird dadurch farbig.
Bei einem einzelnen Wassertropfen würde man also unter einem bestimmten Winkel zur Einfallsrichtung des Lichts eine ganz bestimmte Farbe sehen. Unter einem anderen Winkel würde eine andere auftreten. Der Tropfen erschiene dann von einem System farbiger Ringe umgeben. Da die Lichtwellen periodisch sind, wiederholten sich die Farben, wenn der Winkel so groß wäre, dass sich jede zweite Wellenberg und –bauch überlagern könnten usw. Allerdings sähe man meist nur eine oder zwei Ordnungen von Farbringen, weil die sich überlagernden Wellenzüge bei natürlichem Licht sehr kurz sind. Man sagt auch, die Kohärenzlänge des Sonnenlichts ist sehr klein.
Damit man die durch Beugung hervorgegangenen Farbringe des weißen Lichts aus der Entfernung überhaupt zu sehen bekommt, muss die Intensität des gebeugten Lichts groß genug sein. Das ist aber nur dann der Fall, wenn sehr viele Tropfen zusammen wirken. Damit dass jedoch passiert, müssen sie von der gleichen Größe sein. Denn nur dann werden die Wellen einheitlicher Wellenlänge (derselben Farbe) in etwa dieselbe Richtung ausgesendet. Wenn der Bereich einheitlicher Tropfengröße in der Wolke hinreichend groß ist, würde man die Sonne oder ihren Reflex auf den Scheiben von einem farbigen Ringsystem umgeben sehen, einer Korona.
In der Realität schwankt die Tröpfchengröße um einen bestimmten Mittelwert. Je nach der Stärke der Abweichung treten wieder Vermischungen der Farben auf, so dass die Korona nur mehr oder weniger farbig erscheint. Im Extremfall überwiegt dann wieder das weiße Mischlicht und die Korona entartet in einen hellen Hof um die Sonne.
Im vorliegenden Fall sind die Tropfengrößen in verschiedenen Teilen der Wolke zwar lokal einheitlich aber global unterschiedlich. Dann entsteht überhaupt kein Ringsystem mehr und es sind nur noch Farbfetzen und –bänder zu sehen und man spricht man von irisierenden Wolken. Die Farben können sich je nach der Dynamik der Tropfen in den Wolken ständig ändern. Besonders häufig ist das Irisieren in Teilen einer Wolke zu sehen, die gerade im Entstehen begriffen ist und daher Tropfen in jeweils einheitlicher Größe aufweist. Das ist meist am Rande der Wolken der Fall. Da sind die Wolken außerdem hinreichend dünn, sodass das Licht überhaupt durch die Tropfenschicht hindurch dringt. In manchen Fällen kann man die Wolken selbst dann irisieren sehen, wenn sie weit von der Sonne entfernt sind.

Riesensonnentaler in der Stadt

Sonnentaler bringt man normalerweise mit den Lichtkreisen unter dem Blätterdach von Bäumen in Verbindung. Wie erstaunt war ich doch, als ich perfekt aussehende Sonnentaler in der Stadt in einer bestimmten Anordnung über die Straße verstreut vorfand. Ich fragte mich natürlich, durch welche Löcher hier die Sonne wohl durchstrahlen würde und stieß schließlich auf hochgelegene Sprossenfenster mit kleinen quadratischen Scheiben (Schätzungsweise 15 cm x 15 cm). Diese reflektierten einen Teil des auftreffenden Sonnenlichts, was denselben Effekt hat, wie wenn das Licht durch quadratische Löcher geht: In der Nähe würde man quadratische Abbilder der kleinen Fenster auffangen, in weiterer Entfernung das Bild der Sonne.
Wer es nicht glaubt, dem empfehle ich folgendes kleines Expermiment. Man nehme einen quadratischen oder rechteckigen Taschenspiegel, lasse das Sonnenlicht darauf fallen und richte den Reflex auf eine möglichst weit entfernte schattige Fläche, z.B. die Wand eines hohen Hauses. Man wird einen runden Fleck wahrnehmen.
Dass die Reflex-Sonnentaler auf der Straße nicht so ordentlich aufgereiht erscheinen, wie die Fensterelemente liegt wohl daran, dass letztere nicht völlig plan eingebaut worden sind und die große Entfernung zu entsprechenden Verschiebungen der Abbilder auf dem Asphalt führt.

Hochhäuser als Zylinderspiegel

Die beiden „Bettentürme“ des Universitätsklinikums in Münster sind zylinderförmig. Blickt man von dem einen zum anderen Turm, so stellt man fest, dass der eigene Turm im gegenüberliegenden wie durch eine konvexe Zylinderlinse abgebildet wird. Daraus kann man schon einmal schließen, dass die Scheiben gekrümmt sein müssen und nicht ein durch ebene Scheiben gebildetes Polygon darstellen, was bei einem so großen Umfang durchaus denkbar gewesen wäre.
Interessanterweise haben die einzelnen Scheiben eine stärkere Krümmung als der Turm als Ganzes. Das sieht man daran, dass jede Scheibe den ganzen gegenüberliegenden Turm abbildet. Man sieht das vollständige Bild des eigenen Turms nur in der direkt gegenüberliegenden Scheibe und nur die beiden angrenzenden Scheiben zeigen noch ein leicht seitlich verschobenes Bild eines Teils des Turms. Die übrigen Scheiben bilden aus dieser Position andere Teile der Umgebung ab.
An der kissenartigen Verzerrung der Abbildungen ist übrigens zu erkennen, die die äußeren Scheiben nicht perfekt zylinderförmig sind.
Ob mit der Krümmung der Scheiben neben ästhetischen auch praktische Aspekte beabsichtigt sind, ist mir nicht bekannt. Rein physikalisch gesehen wäre denkbar, dass konvexe (nach außen gekrümmte) Scheiben Windlasten besser kompensieren als flache Scheiben.

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Optische Verwirrungen in Spiegelwelten.

Auf diesem Foto sieht man eine Unterführung, die rechts durch große Glasscheiben begrenzt wird, durch die man in den Vorraum eines Museums blickt – sofern die Scheiben es einen erlauben. Denn Glas hat die hybride Eigenschaft, Licht sowohl durchzulassen als auch zurückzuwerfen: spiegelnd zu reflektieren. Weiterlesen →

Sonnentaler durch Reflexion

Als Kind besaß ich eine rechteckige Armbanduhr. Im Religionsunterricht – woanders hätte ich mir das nicht erlaubt – hielt ich die Uhr so in die Sonne, dass ich den Reflex an den Wänden verfolgen konnte. Manchmal ließ ich ihn auch in die Augen der einen oder anderen Mitschülerin fallen. Bei diesen Spielereien fiel mir auf, dass der Reflex trotz des rechteckigen Glases, durch das das Sonnenlicht reflektiert wurde, stets kreisrund oder – wenn es schräg auf die Wand auftraf – oval war. Obwohl mich dieser Befund sehr interessierte, kam ich nicht auf die Idee, einen Lehrer zu fragen. Ich konnte mir nicht vorstellen, dass auch nur irgendeiner von ihnen diese Spielerei gutgeheißen, geschweige denn ernst genommen hätte. Das Phänomen geriet in Vergessenheit, nachdem die Uhr das Zeitliche gesegnet hatte. Später waren meine Armbanduhren rund. Weiterlesen →