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Himmelsblau

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Rätselfoto des Monats März 2014

098_Polarisationsschatten

Warum ist das Wasser im Vordergrund so dunkel?

Erklärung des Rätselfotos vom Vormonat: Diesmal ist die Erklärung sehr einfach, weil keine subtilen Naturphänomene im Spiel sind. Die Bank war über Nacht umgekippt und wurde so durch den fallenden Schnee abgebildet.

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Abendrot

MorgendämmerungGlühendes Rot schenkt dem Tag eine Stunde
ehe die Nacht alles Helle Fichte verschlingt.
Schon dreht das Mausohr im Fahllicht die Runde,
während die Amsel ihr Schlafliedchen singt.

Farben der Glut scheint der Himmel zu malen,
Feuer greift tief in das dunkelnde Blau.
Fort ist die Sonne, die pinselnden Strahlen
klimmen den Sehkreis zur Spätabendschau.

Waldkäuze rüsten ihr weiches Gefieder,
Kirchtürme schwärzen zum Scherenschnitt ein.
Dieser Moment, ein Libretto für Lieder,
könnte nicht schöner, nicht mystischer sein.

Baumgartner, Ingo

Die Gradation des Himmelsblaus

Auf deHimmelsblauan ersten Blick sieht der Himmel über Greetsiel strukturlos blau aus. Schaut man genauer hin, so entdeckt man vielleicht ein oft übersehenes Phänomen. Je weiter man sich dem Horizont nähert, desto heller wird es. Direkt über einem im Zenit ist der Himmel dunkelblau. Das Phänomen rührt daher, dass man nach oben blickend nur einige Kilometer Atmosphäre (Troposphäre) durch die hindurch man in das dunkle Weltall blickt. In dieser relativ dünnen Luftschicht sind vor allem die Violett und Blauanteile des Sonnenlichts gestreut worden (Rayleigh-Streuung). Demgegenüber blickt man zum Horizont hin durch ein Vielfaches an Atmosphäre. Das weit gereiste blaue Streulicht wird daher mit großer Wahrscheinlichkeit mehrere Male gestreut. Dabei verliert es immer mehr an Licht mit kürzeren Wellenlängen. Vor allem die Intensität des blauen und schließlich auch des grünen und gelben Lichts nimmt immer mehr ab, so dass schließlich der relative Anteil an rotem und gelbem Licht größer wird. Weiterlesen

Welche Farbe hat der Schnee?

Farbe_Schnee„Schau mal, Galja! Warum schwimmt dort blauer Schnee?…Schau mal, Galja! Blauer Schnee! Blauer!…!
Die Kinder gerieten in Erregung und liefen feudig: „Blauer Schnee!! Blauer…Blauer Schnee schwimmt!..l.! Weiterlesen

Steine: Sonnenaufgang in einem Opal

AlpenglühenSchlichting, H. Joachim. In: Spektrum der Wissenschaft 41/8 (2010), S. 32 – 33

Kombiniert mit einer Blaufärbung der Gebäude ist das Phänomen des »Alpenglühens« auch beim Sonnenaufgang über Johannesburg zu bewundern.

… nicht aus einem Zimmer voll Luft,
sondern erst aus der ganzen Höhe der Luftsäule
kann das Ätherblau eines Himmels geschaffen werden
Jean Paul (1763–1825) Weiterlesen

Rote Sonne, blaue Berge

ClipSchlichting, H. Joachim. In: Physik in unserer Zeit 36/6, 291 (2005).

Wenn wir bei Sonnenauf- oder Sonnenuntergang zum östlichen oder westlichen Horizont blicken, weichen die gewohnten Blautöne des Himmels vor den Rottönen zurück. Betrachten wir entfernte Berge, so erscheinenClip_2 sie uns hingegen blau. Was ist hierfür die Ursache?

Das Himmelsblau entsteht bekanntlich durch die Streuung von weißem Sonnenlicht an den in ihrer Dichte schwankenden Luftmolekülen. Den Durchbruch zur korrekten physikalischen Erklärung gelang Lord Rayleigh im Jahre 1871. Demnach wird der kurzwellige Anteil des weißen Sonnenlichts stärker gestreut als das langwellige mit der Konsequenz, dass uns aus allen anderen Himmelsrichtungen als der der Sonne himmelsblaues Licht erreicht. Violettes Licht ist zwar noch kurzwelliger. Aber da außerdem mit abnehmender Intensität auch andere Farben gestreut werden, Violett nur einen vergleichsweise kleinen Ausschnitt im Sonnenspektrum ausmacht und das menschliche Auge für Blau empfindlicher ist als für Violett, erscheint uns der Himmel blau. Dabei ist die Tatsache, dass aufgrund dieses Streuvorgangs die Atmosphäre wie eine hemisphärenumspannende indirekte Beleuchtung wirkt, für das Leben auf der Erde vermutlich sehr wichtig. Anders als auf dem Mond beispielsweise ist es auf der Erde auch im Sonnenschatten hell, weil dieser Bereich vom Himmelslicht beleuchtet wird. Ohne Himmelslicht wäre es im Schatten stockdunkel. Das Himmelsblau sorgt auch dafür, dass Schatten auf weißen Untergründen blau sind, obwohl man das meist nicht wahrnimmt. Das direkte Sonnenlicht müsste uns daher im kurzwelligen Bereich stärker „ausgedünnt“ und damit rötlicher erscheinen. Bei hoch stehender Sonne merken wir jedoch davon nichts. Erst wenn sie sich dem Horizont nähert, muss die Strahlung einen sehr langen Weg durch dichte Atmosphärenschichten zurücklegen, bevor sie das Auge des Beobachters erreicht. Dann hat sie so viel an kurzwelligem Licht verloren, dass die Gelb- und Rottöne dominieren. Das Ergebnis sind eindrucksvolle Illuminationen der Wolken im Morgen- und Abendrot (Abbildung oben).
Einen nahezu entgegen gesetzten Effekt kann man am Tage beim Beobachten entfernter Berge wahrnehmen: Je nach Entfernung erscheinen Sie uns in abgestufter Blaufärbung (Abbildung unten). Adalbert Stifter hat dies zu den Worten bewegt: „Und ferne war ein gar so sanftes, fast sehnsuchtreiches Blau der Berge.“ Hier könnte man sich die Frage stellen, warum nicht auch entfernte Berge einen schwachen Rotschimmer annehmen, schließlich unterliegt auch das von ihnen kommende Licht der Rayleigh-Streuung. Der Grund ist: Zwischen den Bergen und dem Beobachter entsteht wie überall in der Luft Himmelsblau. Da der Blick zu entfernten Bergen durch eine relativ große Luftschicht geht, wird die Blaufärbung vor dem relativ dunklen Hintergrund der Berge sichtbar.
Demgegenüber wird das von den Bergen ausgehende Licht vergleichsweise geringer Intensität mit zunehmender Entfernung immer schwächer. Beim Blick in die tief stehende Sonne sieht man hingegen das direkte Licht, das übrig bleibt von dem, was in andere Richtungen gestreut wird. Das sind vor allem langwellige Anteile.
Das von den Bergen kommende Licht wird mit wachsender Entfernung zunehmend gestreut. Müsste demnach die Blauintensität mit zunehmender Entfernung nicht zu statt abnehmen? Man beobachtet jedenfalls das Gegenteil. Entfernte Berge erscheinen in zunehmend verblassenden Blautönen hintereinander gestaffelt, bis sie sich im Dunst zu verlieren scheinen.
Darin kommt zum Ausdruck, dass man bei horizontaler Richtung (anders als bei vertikaler) durch Luftschichten blickt, die stark durch Aerosole, Wasserteilchen und anderes „verunreinigt“ sind. Da diese Teilchen wesentlich größer als die Luftmoleküle sind, überwiegt die Mie-Streuung gegenüber der Rayleigh-Streuung. Mie-Streuung ist aber weitgehend unabhängig von der Wellenlänge des Lichtes, daher entsteht vorwiegend weißes Streulicht, welches das Blaue der Luft verwässert. Bei sehr großen Entfernungen kommt außerdem die Streuung des gestreuten Lichts hinzu (Mehrfachstreuung), durch die auch langwellige Anteile hinzugemischt werden. Die Mehrfachstreuung ist auch ein wesentlicher Grund dafür, dass der Himmel beim Blick zum Horizont ein helleres Blau aufweist als beim Blick nach oben.
Dieses Phänomen hat übrigens schon Leonardo da Vinci beobachtet und als Farbperspektive bezeichnet. In der Malerei wird räumliche Tiefe auch durch abnehmende Blauintensität dargestellt.

PDF: Rote Sonne, blaue Berge

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