Heiligenschein

Das Heilige in der Physik

Was soll jemand denken, wenn sie oder er mit einem Mitmenschen die Schatten betrachtet, die die morgendliche Sonne von beiden auf die feuchte Wiese wirft und dabei einen wesentlichen Unterschied feststellt: Nur sein eigener Kopf ist von einem hellen Schein umgeben. In früheren Zeiten, als man dieses Phänomen noch nicht physikalisch erklären konnte, wird sie oder er vielleicht gedacht haben: Ich bin irgendwie ausgewählt, mein Kopf ist von einem Heiligenschein umgeben. Lieber werde ich nichts sagen, um ihn oder sie nicht eifersüchtig, missgünstig oder sonstwie negativ zu stimmen.
Vielleicht ist es so zu der Vorstellung gekommen, der Schein um den eigenen Kopf sei eine Auszeichnung der eigenen Person. Hätte man sich damals über diesen vermeintlichen Unterschied unterhalten, so wäre man vermutlich auch nicht viel weiter gekommen. Denn auch die andere Person hätte nur ihren eigenen Schein gesehen. Es hätte kein direktes allgemeines Verfahren gegeben zu zeigen, dass jeder seinen eigenen Heiligenschein hat. Der Heiligenschein ist also etwas sehr Persönliches und sollte einem heilig sein, obwohl er eigentlich scheinheilig ist.

Physik des Heiligenscheins

Eine Vereinigung von Glorie und Heiligenschein

Dass mein Kopfschatten auf der taufeuchten Wiese kurz nach Sonnenaufgang von einem Heiligenschein umgeben ist, bin ich auf meinen Wanderungen in der Krummhörn gewohnt. Jedenfalls, wenn die Sonne scheint. Heiligenscheine ohne diesen natürlichen Hintergrund habe ich noch nie gesehen, weil sie wohl nur echten Heiligen vorbehalten sind und die machen sich in unserer Zeit ziemlich rar.
In den Bergen oder vom Flugzeug aus erlebt man noch eine andere Art natürlichen Kopfschmucks, die Glorie, die auf einer Nebelwand oder auf Wolkenbänken den eigenen Kopfschatten umgibt. Erst kürzlich konnte ich eine solche Glorie zeigen. Heute hatte ich nun das seltene Glück, mit dem Aufgang der Sonne nicht nur meinen Heiligenschein um den Kopfschatten auf dem feuchten Gras zum Begleiter zu haben, sondern zusätzlich (welch Verschwendung!) eine Glorie, die sich in dem leichten und als solchen in der Entfernung kaum zu erkennenden Nebel entfaltete. Wegen der Entfernung dieser unverdienten Insignien gingen beide ineinander über und waren rein visuell nicht zu trennen. Trotzdem ist ihr Ursprung verschieden. Während der Heiligenschein vor allem durch die Rückstrahlung des durch die Wassertröpfchen auf die Grashalme fokussierten Lichts hervorgerufen wird, entsteht die Glorie durch die gleichzeitige Beugung und Rückstrahlung des Sonnenlichts in den winzigen Nebeltröpfchen. Durch die Beugung wird das weiße Licht in Spektralfarben zerlegt, die sich ringförmig um den Schattenkopf legen. Im vorliegenden Fall dominieren die langwelligen Gelb- und Rottöne.
Je mehr sich mir infolge der zunehmenden Sonnenhöhe der Kopfschatten näherte, desto mehr verloren die Farbringe an Brillanz um schließlich ganz zu verschwinden. Dafür war zum einen die Zunahme der Sonnenintensität verantwortlich, die dem Nebel allmählich den Garaus machte, zum anderen bedingte der steilere Einfall des Sonnenlichts einen kürzeren Weg durch den verbleibenden Nebel, sodass immer weniger Wassertröpfchen beteiligt waren. Es dauerte dann auch nicht mehr lange, bis der Nebel und damit auch die Glorie ganz verschwunden waren und einen schönen, sonnigen Tag hinterließen. Leider hatte ich keinen guten Fotoapparat dabei, sondern nur ein Handy. Die Qualität des Fotos ist also nicht so gut, wie es hätte sein können.

Ein scheinheiliger Heiligenschein auf dem Pflaster

Kaum klingt die Häufigkeit der Coronen etwas ab, häufen sich schon die Heiligenscheine, auch wenn sie meist scheinheilig sind. Vor ein paar Tagen war es der Heiligenschein gepaart mit den gleichzeitigen Auftreten eines Doppelschattens und nun haben wir den Fall einer urbanen Glorie.
Normalerweise zeigt sich ein Heiligenschein auf einer feuchten Wiese bei tiefstehender Sonne, also eher in freier Natur. Doch inzwischen wird die darin zu sehende Diskretion immer mehr aufgegeben. Karl Bicker, einem Leser meiner Kolumne in Spektrum der Wissenschaft, hat sich sein Heiligenschein nunmehr auch in urbanem Umfeld offenbart (siehe Foto).
Er ist etwas exzentrisch geraten, wenn man ihn mit den Heiligenscheinen der Heiligen vergleicht, wo sich der Kopf meist schön in der Mitte befindet, aber ansonsten ist er perfekt und schön anzusehen.
Soweit die Fama, jetzt die Physik: Auf dem Foto handelt sich wirklich um einen Heiligenschein. Aber anders als der Heiligenschein auf der feuchten Wiese wird er in diesem Fall nicht durch Wassertröpfchen hervorgebracht, sondern durch winzige Glas- oder Plexiglaskügelchen, die – so vermute ich – entweder durch Sandstrahlarbeiten oder durch die Herstelllung von Straßenmarkierungen in der Nähe hierher gelangt sind. Denn wenn verschmutzte Fassaden mit Sandstrahlen gesäubert werden, so werden dabei keine Sandkörner verwendet, sondern Glaskügelchen, die gegen die Fassade geschossen werden. Und bei Straßenmarkierungen werden Kunststoff- oder Glaskügelchen in die obere Schicht der Farbe gegeben, damit das Licht eines Fahrzeugs von diesen Kügelchen zurückgestrahlt wird. Dadurch erlangen die Markierungen eine wesentlich höhere Sichtbarkeit.
Bei solchen Arbeiten kann es vorkommen, dass die winzigen (bis zu Bruchteilen eines Millimeter kleinen) Perlen auch dorthin gelangen, wo sie eigentlich nicht benötigt werden. Und da diese kleinen Leuchtsphären ansonsten kaum wahrzunehmen geschweige denn zu beseitigen sind, verbleiben sie dort und irritieren die Menschen bzw. verführen sie zu der Ansicht, einen Heiligenschein zu besitzen. Allerdings ist dazu auch noch der Sonnenschein nötig, damit sich die heilige bzw. genauer: scheinheilige Person als solche erkennt.
Der abgebildete Heiligenschein ist sichtlich etwas verrückt, denn der Schattenkopf liegt nicht im Zentrum. Das liegt daran, dass es sich auf dem Foto in Wirklichkeit nur um den Heiligenschein der Kamera handelt. Und die wurde eben nicht genau zentrisch vors Gesicht gehalten. Aber was hießt hier „nur“. Dass eine Kamera nun auch schon einen Heiligenschein besitzt, selbst eine Smartphonekamera, ist ein weiteres Wunder. Es ist sogar noch wunderbarer: Den eigenen Heiligenschein kann kein anderer je zu Gesicht bekommen. Umgekehrt gilt allerdings dasselbe.
Vergleicht man diesen Heiligenschein auf dem Pflaster mit dem auf der feuchten Wiese, so erkennt man einen weiteren Unterschied. Die mit Glas- oder Kunststoffkügelchen hervorgebrachte Aufhellung um den Kopf des Betrachters ist mit einem regenbogenfarbigen Rand umgeben. Dies weist auf einen Unterschied in der Entstehung hin. Während der Heiligenschein auf der Wiese vor allem durch das von den Grashalmen fokussierte und teilweise in die Wassertropfen reflektierte Licht hervorgebracht wird, geht die durch die Kügelchen produzierte Aufhellung vor allem aus dem „Umlauf“ des Lichts innerhalb der Kügelchen hervor. Wie beim Regenbogen wird der Anteil der in die Kügelchen hinein gebrochenen Lichtstrahlen, der an der Innenseite der Rückwand reflektiert wird anschließend teilweise wieder aus den Kügelchen heraus gebrochen. Dabei wird das weiße Licht in seine Spektralfarben zerlegt (Dispersion). Zusammen mit einer kaustischen Konzentration der Strahlen im „Regenbogenwinkel“ kommt es zu der auffällig deutlichen regenbogenartigen Umrandung der Aufhellung. Damit ist dieser „Heiligenschein“ auch noch eine Art trockener Regenbogen.

Doppelschatten und Heiligenschein

Wer an einem kühlen Morgen unterwegs ist, wenn die Wiesen und Büsche noch vom Tau benetzt sind, hat vielleicht das Glück seinen Schattenkopf von einem Heiligenschein umkränzt zu erleben. Wer noch mehr Glück hat, wie es mir ergangen ist (siehe Foto), findet sich auch noch seinen Schatten verdoppelt. Leider ist der zweite Schatten, den man oberhalb des ersten Schattens sieht, ohne Heiligenschein. Ob das vielleicht daran liegt, dass man eine helle und eine dunkle Seite in sich trägt?

Scheinheilige Heiligenscheine

Wenn morgens die Sonne noch tief steht, kann man manchmal an Bushaltestellen und Bahnhöfen Menschen mit einem Heiligenschein erleben, die meist selbst nichts davon wissen. Da er nur anderen offenbart wird, nennen wir ihn den externen Heiligenschein. Diese Beobachtung steht in direktem Gegensatz zu den internen Heiligenscheinen, die – ebenfalls bevorzugt am frühen Morgen – den Kopfschatten von Menschen auf der grünen Wiese schmücken. Dort kann man nur seinen eigenen Heiligenschein sehen. Weiterlesen →

Heiligenschein und Taubogen

Schlichting, H. Joachim. Physik in unserer Zeit 49/3 (2018), S. 149

Wenn Sonnenlicht durch Tautropfen auf Pflanzenblättern reflektiert wird, kann ein Heiligenschein beobachtet werden. Gleichzeitig kann es durch Dispersion des Lichts zu einem Taubogen kommen.

Ein Vormittag im Herbst, die Sonne hat gerade die letzten Nebel verschwinden lassen, die Blätter der Pflanzen sind mit Tautropfen besetzt. In dieser Situation wird der Schatten des eigenen Kopfes auf den nassen Pflanzen von einem hellen Schein umgeben, einem Heiligenschein. Auf dem Foto umgibt er allerdings die Kamera (PhiuZ 39/4 (1999) 173 – 175). Weiterlesen →

Beim eigenen Heiligenschein nachts lesen

Am Ende bleibt nur: Kunstwerke; Naturschönheit; Reine Wissenschaften. In dieser heiligen Trinität.

Sagt Arno Schmidt (1914 – 1979) in seinem Kurzroman: Aus dem Leben eines Fauns. Als ich kürzlich einmal in einem Gespräch äußerte, dass ich mich dem im Wesentlichen anschließen könne, wurde mir entgegengehalten, dass dies doch alles sehr unpraktische Dinge seien. Was kann man schon mit der Naturschönheit eines Regenbogens anfangen? Weiterlesen →

Wie heilig ist der Heiligenschein?

Als ich die Fotos einen Freund zeigte, staunte er über die Stärke meiner Taschenlampe. Er hatte im ersten Moment wirklich geglaubt, dass die abgebildete Person das Feld mit einer Lampe ausleuchtet. Die Abbildung der Person besteht allerdings aus deren Schatten und die Lampe ist die kürzlich aufgegangene Sonne: In Zusammenarbeit mit dem Frühtau auf den Pflanzen führt sie hier zu einem interessanten Lichtphänomen, dem Heiligenschein, der den Schattenkopf umkränzt. Weiterlesen →

Der Heiligenschein am frühen Morgen

Wie vom hellen Kegel einer Taschenlampe umrandet läuft der Schatten meines Kopfes über das vom Morgentau benetzte Feld. Es ist ein Heiligenschein, der den frühen Wanderer (auch mit dem Fahrrad) auszeichnet. Den Namen hat dieses ganz und gar physikalisch erklärbare Phänomen durch die Ähnlichkeit mit den künstlerischen Darstellungen von Heiligen in der Kunst erhalten. Obwohl das Phänomen schon viel früher bekannt war, wurde es erst im 19. Jahrhundert wissenschaftlich erforscht. Weiterlesen →

Tage wie dieser…

Es gibt Tage, da fühlt man sich als Auserwählter. Heute ist so ein Tag. Ich gehe frühmorgens mit einer Freundin spazieren. Als ich dann im feuchten Gras sehe, dass mein Kopfschatten mit einem hellen Schein umgeben ist und zwar nur meiner, ganz unabhängig davon, auf welche Stelle im Gras der Schatten fällt, der Kopfschatten meiner Freundin aber stets ohne diese Aufhellung bleibt, glaubte ich, etwas zu haben, was sie nicht hat, zumindest heute. Ich habe ihr natürlich nichts von meiner Entdeckung erzählt, sie wird es sicher selbst bemerkt und wohlweißlich geschwiegen haben. Weiterlesen →

Rätselfoto des Monats August 2015

Wie kommt es zu den Auhellungen im welligen Wasser?

Erklärung zum Rätselfoto des Vormonats: Drehender-Wasserstrahl

Jedem sein Heiligenschein

Schlichting, H. Joachim; Uhlenbrock, Markus. In: Physik in unserer Zeit 30/4, 173-175 (1999).

Heiligenscheine treten nicht nur bei Heiligen auf, sondern unter bestimmten Umständen bei jedem Menschen. Die physikalische Entzauberung des Scheins geht jedoch mit der auf den ersten Blick irritierend erscheinenden Erkenntnis einher, daß der eigene Schein – anders als bei den künstlerischen Darstellungen – nur von seinem eigenen Träger wahrgenommen werden kann. So gesehen bleibt es beim Schein.

PDF: Jedem sein Heiligenschein