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Sonne

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Vom Winde verweht…

Es ist früh am Morgen an der Spitze einer Sanddüne. Die Sonne fällt flach auf die Leeseite der Düne während der Wind von der anderen Seite kommend frische Sandkörnchen heranbläst, die die Spitze spitz halten. Durch irgendwelche Inhomoginitäten hat sich ein Grat mit zwei Ecken gebildet. Diese fokussieren zwei dünne aber verhältnismäßig heftige mit Sandkörnern versetzte Luftströme, die aus dem leeseitigen Abhang zwei längliche Mulden heraus „fräsen“. Die paarweise Anordnung der Mulden und die Schattierungen machen aus bloßen Löchern einen naturschönen Anblick.

Morgens sind die Steine blau…

Hier liegt ein Stein am Sandstrand umgeben von den letzten Strömungsspuren des mit der Ebbe abfließenden Wassers. Die aufgehende Sonne hat ihn gerade erreicht, sodass er einen langen Schatten wirft, der hier allerdings nur schwach zu erkennen ist. Dasselbe gilt für die leicht rötlichen Reflexe des orangefarbenen Sonnenlichts zu beiden Seiten der Schattenbahn.
Helle Steine wie dieser haben die Eigenschaft, nahezu alle Farben des Sonnenlichts gleichermaßen diffus zu reflektieren. Wir sehen hier im Wesentlichen nur die Schattenseite des Steins, die nur vom blauen Himmellicht erleuchtet wird und daher blau erscheint.
Möglicherweise wird der Eindruck „Blau“ auch noch durch einen physiologischen Effekt verstärkt. Da unser visuelles System dazu tendiert, unter den gegebenen Lichtverhältnissen als überwiegende Farbe „Weiß“ zu sehen, wird das orangefarbene Licht der Sonne ein wenig spektral in „Richtung“ Weiß verschoben wahrgenommen. Diese chromatische Verschiebung führt dazu, dass das vom beschatteten Bereich des Steins ausgehende Licht noch intensiver blau erscheint als durch die alleinige Wirkung des Himmellichts.

Der helle Schein um den Schattenkopf

Heute startete ich meinen Spaziergang noch vor Sonnenaufgang. Als die Sonne mich dann von hinten erfasste und auf einen unmenschlich langen Schatten reduzierte als etwas, was ich ungern als Abbild meiner Selbst akzeptieren wollte, ging ich gerade – welch ein Zufall – eine passend orientierte schnurgerade Betonpiste entlang. Aufmerksam auf dieses sowohl dimensional wie farblich eingeschränkte Abbild wurde ich indessen durch einen Lichtschein, der mir im Bereich meines Kopfschattens (oder soll sagen: Schattenkopfes?) und etwas darunter vorauseilte.
Diese auffällige Ausstrahlung befand sich also gerade in der richtigen Position, obwohl ich sie leider nicht für mich selbst reklamieren konnte. Denn zum einen war ich soweit von meinem Kopfschatten entfernt, dass eine normale wie auch immer geartete Verbindung ausgeschlossen werden musste und zum anderen handelte es sich lediglich um ein physikalisches Phänomen, den sogenannten Oppositionseffekt.
Der kommt dadurch zustande, dass im Antisolarpunkt (dem Gegenpunkt der Sonne) kein Schatten die Intensität des von der frontal beleuchteten Straße reflektierten Lichts vermindern konnte. Erst wenn man den Blick von diesem Punkt aus zu den Seiten hin wendet, sieht man Bereiche, in die sich immer mehr der von den Rauigkeiten der Straße und der Pflanzen geworfenen Schatten einmischen und zu einer schrittweisen Verdunklung führen. Denn diese Rauigkeiten sieht man jetzt nicht mehr frontal, sondern immer mehr von den im Schatten liegenden Seiten her.
Allerdings kann man die hellste Stelle nicht sehen, weil der eigene Kopf im wahrsten Sinne des Wortes im Wege ist und den Antisolarpunkt verdeckt. Das Hellste, das man zu Gesicht bekommt, sind die unmittelbar angrenzenden Bereiche, die allerdings immer noch lichtstark genug sind, um zu diesem auffälligen Phänomen zu führen.
Daraus kann man wie so oft die Lehre ziehen, dass das Ideale allenfalls nur als Grenzgestalt zu erfahren ist.

Eine Lektion der Kirschen…

Eine schöne pralle Kirsche ist wie ein Wölbspiegel, wenn man nicht allzu große Ansprüche an die Wiedergabequalität stellt. Mit etwas gutem Willen sieht man zumindest schemenhaft sein eigenes Gesicht gespiegelt (rechte Kirsche auf dem Foto).
Die Oberfläche der Kirsche reflektiert das auftreffende Sonnenlicht sowohl diffus als auch spiegelnd. Aufgrund der diffusen Reflexion, die durch Absorption des weißen Lichts und Emission des roten Anteils zustande kommt, erhält die Kirsche ihre charakteristische Farbe. Ein Teil des auftreffenden Lichts dringt jedoch gar nicht so tief in die Kirsche ein. Es wird an der glatten Oberfläche spiegelnd reflektiert. Auch wenn der Anteil des  spiegelnd reflektieren Lichts so gering ist, dass es die Gegenstände, von denen das Licht ausgeht, nur schwer zu erkennen sind, machen sie den Glanz der Kirsche aus.
Blickt man aus einem Winkelbereich auf die Kirsche, aus dem das Licht der Sonne von ihr spiegelnd ins Auge des Betrachters reflektiert wird, kann das diffus reflektierte rote Licht völlig überstrahlt werden (siehe oberer Teil der linken Kirsche). Es entsteht der kugeligen Form der Kirsche entsprechend ein fast kreisförmiger weißer Fleck dessen Ränder allmählich ins typische Rot der Kirsche übergehen. Aber nicht nur das Rot wird hier ausgelöscht. Selbst der grüne Stängel der linken Kirsche erscheint weiß. Auch unterhalb der linken Kirsche ist ein weißer Fleck auf dem grünen Blatt zu erkennen, der ebenfalls der spiegelnden Überstrahlung zu verdanken ist.
Normalerweise werden die Grenzen zwischen den Bildern verschiedener Objekte auf der Netzhaut deren unterschiedlichen Farb- und Helligkeitseindrücken entsprechend gezogen. Bei sehr hellen Objekten werden die Rezeptoren aber über die Sättigung hinaus angesprochen und dadurch so stark erregt, dass gleich auch noch einige der benachbarten Rezeptoren reagieren. Dadurch entsteht dann der Eindruck, dass es auch an der entsprechenden Stelle des Netzhautbildes noch hell ist, obwohl es „in Wirklichkeit“ nicht der Fall ist. Wie die Abbildungen zeigen, treten ähnliche Überstrahlungen des intensiv belichteten Bereichs auch auf dem Foto auf.
Auf der rechten Kirsche sieht man ebenfalls einige helle Flecken. Sie sind jedoch von geringerer Intensität und haben einen schwach bläulichen Schimmer. Dafür sind Partien des durch die Blätter des Kirschbaumes hindurch leuchtenden blauen Himmels verantwortlich, die gerade so orientiert sind, dass ihr Licht zum Beobachter hin reflektiert wird.
Die Überstrahlung der diffusen Reflexion des roten Kirschenlichts durch die spiegelnde Reflexion darf nicht dahingehend missverstanden werden, dass die diffuse Reflexion unterbunden wird. Sie nimmt ebenfalls mit der Intensität des einfallenden Sonnenlichtes zu. Das kann man zum Beispiel daran erkennen, dass die Kirsche in den Bereichen intensiv rot erscheint, aus denen kein spiegelnd reflektiertes Sonnenlicht kommt.  Die Intensität des diffus reflektierten roten Lichts ist sogar so groß, dass die Kirsche wie eine kleine rote Laterne wirkt. Auf diese Weise werden die in der Nähe der Kirsche befindlichen grünen Blätter nicht nur von der Sonne und dem Himmel, sondern auch von der leuchtenden Kirsche angestrahlt. An einer Stelle sieht man daher das grüne Blatt rot schimmern, weil es zufällig günstig zum Beobachter hin orientiert ist. Würde dieser seinen Blickwinkel ändern, sähe vielleicht eine andere Stelle rot gefärbt aus.
Neben den Farben rot und grün ist auch noch das durch die Lücken zwischen den Blättern hindurchschimmernde Licht des blauen Himmels zu sehen.

Einfache Geometrie in der Wüste

In den Wüsten sorgt der Wind nicht nur für stets gefegte und somit gepflegte Dünen, sondern schafft darüber hinaus gerade Linien und einfache geometrische Strukturen. Man muss den Blick nur ein wenig schweifen lassen, um Abszissen, Ordinaten, spitze und stumpfe Winkel zu erkennen, die durch ihre schiere Größe beeindrucken. Die Sonne hilft durch Licht und Schatten für deutliche Kontraste und eine naturschöne Aufzeichnung.
Wenn man den Wind erlebt, der den Sand oft in komplexen Wirbeln über die Hänge der Dünen treibt, erscheint es schon erstaunlich, dass dabei derart geometrisch geordnete Strukturen herauskommen können.

Sonnentaler im Park

Als ich diese lange Allee in einem Park entlang spazierte und im Blätterbaldachin der Laubbäume die winzigen Löcher sah durch die die Sonne hindurch stieß, kam mir der alberne Gedanke, dass Lichttropfen auf den Boden fielen und in runden Flecken auseinanderliefen.
Später las ich ein Buch von Guy Helminger, in dem ich folgenden Satz fand:

Das Licht fiel in kleinen Tropfen zwischen den Blättern hindurch und musterte den Park.*

War der Gedanke also doch nicht so albern?

Physikalisch gesehen handelt es sich um die in diesem Blog schon mehrfach angesprochenen Sonnentaler. Die winzigen Öffnungen im Blätterdach der Bäume wirken wie Lochkameras und bilden die Sonne auf dem weitgehend im Schatten liegenden Boden ab.


* Guy Helminger. Etwas fehlt immer. Erzählungen. Frankfurt 2007. S. 225

Unfreiwilliges Schattenspiel

Zwei Personen unterhalten sich hinter einem zum Trocknen aufgehängten Bettlaken. Jedenfalls lassen sich zumindest die Gestik der auf das Laken projizierten Schatten der beiden so deuten. Da die Sprachfähigkeit eines der beiden interagierenden Personen noch nicht voll ausgebildet ist, kommt der ausgeprägten Gestik eine besondere Bedeutung zu. Ich wurde zum unfreiwilligen Zuschauer dieses Schattenspiels, konnte aber wegen des Abstands die vermutlich ohnehin restringierte Unterhaltung kaum wahrnehmen, wurde aber durch die projizierte Gestik voll in den Bann dieses etwa 5 Minuten währenden Akts gezogen. Aber auch die Protagonistinnen wissen wegen der optischen Trennung durch das Laken von meiner Anwesenheit nichts und fühlen sich daher ungestört und ganz der Sache zugewandt.
Vielleicht ist ja das aus China bekannte Schattentheater aus einem ähnlichen Anlass entstanden.
Es findet hier unter freiem Himmel statt. die Sonne fungiert als Lichtquelle, das Bettlaken als Leinwand. Da die Sonne wegen der unvorstellbar weiten Entfernung fast paralleles Licht aussendet, ist die Abbildung auf der Leinwand fast perfekt.

Der zunehmende Mond

Vor ein paar Tagen wunderte ich mich über einen hellen Fleck in den oberen Tannenspitzen. Dieser entpuppt sich wenig später als der zunehmende Halbmond, der sich auf seiner Reise über den Himmel befindet. Er ist seit Neumond schon ein wenig über die Hälfte hinausgewachsen und wird jeden Tag etwas dicker, bis er dann knapp eine Woche später und auch zu späterer Stunde zum Vollmond mutiert sein wird.
Mit dieser Sprechweise meine ich natürlich, dass die relative Stellung zwischen Sonne und Mond sich so verändert, dass ein immer größerer Teil der uns zugewandten Mondoberfläche angestrahlt wird. Leider hat man es selten, dass man diesen „Fortschritt“ jeden Tag beobachten kann. Der Wald, die Wolken oder andere Hindernisse verbergen ihn zeitweise. Aber vertrauen kann man ihm. Man kann es sogar berechnen und vorhersagen.

Rätselfoto des Monats Juni 2022

Wie kommt es zu der doppelten Abbildung?

Erklärung des Rätselfotos des Monats Mai 2021

Frage: Wie kommt es zu der Miniaturabbildung
Antwort: Bei einer Teepause, in der ich ein Stück Kandis in den Tee fallen ließ, entstand eine Blase und ermöglichte es mir durch sie hindurch auf das Stück Kandis zu linsen. Dieses erschien nämlich deutlich verkleinert, so als ob man durch eine Zerstreuungslinse blickte. Wie kann das sein?
Da der Blase ohnehin nur eine kurze Lebensdauer beschieden war und die geselligen Umstände es unmöglich machten, der Sache vor Ort auf den Grund zu gehen, rekonstruierte ich die Situation später in einer Tasse mit Wasser, in das ich zur Entspannung einem Tropfen Spülmittel gegeben hatte. Zur Erzeugung der Blase nahm einen Strohhalm zu Hilfe, mit dem ich auch noch die Blasengröße bestimmen konnte. Und anstelle des Kandis, legte ich eine Cent- Münze auf den Grund der Tasse.
Mit einer solchen Anordnung lässt sich schön verfolgen, dass die Münze wie ehemals der Kandis durch die Blase hindurch betrachtet tatsächlich verkleinert erscheint und zwar umso mehr je kleiner die Blase ist.
Zur Erklärung muss man sich zunächst klarmachen, dass es sich bei der Blase um eine Halbblase handelt und selbst das stimmt nur ungefähr. Damit eine Blase überhaupt als solche existieren kann, muss der Innendruck größer sein als der Außendruck. Denn die Tendenz der Seifenhaut, sich zu einem kugelförmigen Tropfen zusammenzuziehen muss durch einen höheren Innendruck kompensiert werden. Dadurch wird nicht nur die Seifenhaut straff gehalten, sondern im Falle der auf dem Wasser driftenden Halbblase auch die Wasseroberfläche ein wenig eingedellt, sodass im Wasser so etwas wie eine konkave Linse entsteht.
Blickt man durch eine solche Zerstreuungslinse, so erscheinen die durch sie betrachteten Gegenstände – also hier die 1-Cent-Münze – verkleinert: Je kleiner die Blase und damit die Brennweite der von ihr geformten Linse, desto kleiner ist die Abbildung.
In der Abbildung ist die Blase wegen ihrer Transparenz nur indirekt zu erkennen, nämlich durch die tassenfarbene Spiegelung auf dem konkaven Rand der Blase und durch Interferenzfarben im Bereich des Spiegelbilds des lichtspendenden Fensters.

Aufzug eines Gewitters

Das klingt nach einer Theateraufführung und sieht auch so aus. Der Tag ist sonnig, mild und schön. Gegen Abend ertönt ein Grollen in der Ferne. Ich verwerfe sofort den Gedanken, dass es eine Vorwarnung sein könnte. Als dann aber ziemlich schnell ein dunkler Vorhang vor die Sonne zieht, ist mir klar, dass ein neuer Akt beginnt, in dem die Zuschauer unmittelbar mit einbezogen werden. Manchmal hasse ich diese neumodischen Aufführungen. Ich schaffe es gerade noch mich unterzustellen, dann brechen die Wolken als sollte mit Windeseile alles weggeschwemmt werden, was den Tag so einzigartig erscheinen ließ.

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

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.

Morgensonne gespiegelt im Waldbach

Wegen der noch tiefstehenden Sonne lag bei diesem Morgenspaziergang der Wald noch weitgehend im Schatten. Hier und da gab es einen hellen Sonnenfleck, der wegen des Kontrasts die Details des Waldbodens überstrahlte. Erst wenn man näher kam und die Augen sich auf die Helligkeit einstellen konnten, war alles zu erkennen. Einer dieser Sonnenflecken fiel auf den Waldbach und dessen bewegtes Wasser reflektierte das Licht spielgelnd in die Augen. Da der Spiegel in diesem Fall aus einer bewegten, teils stationären, teils sich verändernden welligen Oberfläche bestand, wurden die gespiegelten Gegenstände entsprechend deformiert. Hinzu kommt, dass sich wegen der Transparenz des Wassers auch noch Details des Untergrunds mit einmischen, sodass sich bewegte Bilder ergaben, von denen das Foto eine Momentaufnahme zeigt.
Auch wenn man nicht wüsste, welcher Gegenstand in dieser Aufnahme gezeigt wird, düfte intuitiv klar sein, dass wir es nicht mit einem zufallsgenerierten Szenario zu tun haben, sondern mit dem Anblick eines real ablaufenden Vorgangs.

Die Macht der Bilder

Wenn man die Augen aufmacht, entdeckt man, dass die natürliche und wissenschaftlich-technische Welt keine Gelegenheit auslässt, sich schöner Ansichten zu bemächtigen, indem diese einfach abgebildet bzw. kopiert werden. In der Natur tun das Seen und Pfützen, in der Stadt sind es eher Glasflächen und wie im Falle des Fotos so ungewöhnliche Orte wie der Kotflügel (sic!) eines Autos. Ich bin immer wieder erstaunt, wo überall Bilder der Umgebung anzutreffen sind.
Muss man sich da noch über die Macht der Bilder wundern und darüber in wie starkem Maße sie unser Denken und Handeln beeinflussen und machmal sogar bestimmen?

Übrigens: Weiß jemand, in welcher Stadt dieser Kotflügel gesehen wurde?

Wo sieht man die Sonne?

Ein Sonnenaufgang ist schon lange nicht mehr das, was er sprachlich vorgibt zu sein. Da geht nichts auf, was vorher zu war. Da entsteht nichts, was später wieder verschwindet. Sowohl im geozentrischen als auch im heliozentrischen Weltbild entsteht dieser Eindruck dadurch, dass sich die Erde und die Sonne relativ zueinander bewegen. Wir gehen neuzeitlich-kopernikanisch davon aus, dass die Erde sich um die Sonne dreht und nicht umgekehrt, weil ansonsten beispielsweise die Sterne – je weiter desto schneller – kollektiv um die Erde rotieren müssten und das für entfernte Sterne auch noch mit Überlichtgeschwindigkeit. Trotzdem bleibt es beim Sonnenauf- und -untergang.
Was schon eher Kopfzerbrechen bereiten könnte, ist die Tatsache, dass wir die Sonne beim Auf- und Untergang nie da sehen, wo sie „in Wirklichkeit“ oder „geometrisch“ ist. Denn durch die Brechung des Lichts an der dichten Atmosphäre, durch die es in dieser Konstellation hindurch muss, wird das Sonnenbild optisch angehoben und zwar etwa um einen Winkel, der dem Sonnendurchmesser entspricht (etwa 0,5 Grad). Wenn die Sonne beim Untergang den Horizont berührt, ist sie also „in Wirklichkeit“ schon untergegangen.
Diesen Gedanken könnte man philosophisch oder wie auch immer weiter vertiefen in Richtung auf die Frage, ob man denn ganz genau genommen (mit vielen Stellen hinter dem Komma) überhaupt je etwas dort sieht, wo es ist. Denn Lichtbrechung – und sei sie sie noch so klein – ist immer vorhanden, wenn das Sonnenlicht durch ein Medium, also etwa durch die Luft geht. Überlegungen, die in diese Richtung laufen, kommen kaum zu einem befriedigenden Ergebnis. Man könnte auch noch hinzufügen, dass wegen der Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit die Gegenstände stets an der Stelle gesehen werden, an der das Licht abgeschickt wurde, das uns im Augenblick der Wahrnehmung erreicht.
Also lassen wir es und erfreuen uns am Abbild der Sonne – in diesem Fall an dem Foto – die hier hinter dem Geäst von Bäumen untergeht. Das Sonnenlicht hat beim Durchgang durch die Atmosphäre und den zahlreichen Streuvorgängen mit der Luft und den darin enthaltenen Aerosolen so viel an Farben und Intensität eingebüßt, dass die Sonne einerseits nicht mehr in allen Farben – also weiß leuchtet – sondern hauptsächlich in gelben und roten Farbtönen (er)scheint, und dass man andererseits bedenkenlos in die Sonne hineinblicken und beobachten kann, wie schnell sie absinkt. Wenn sie den Horizont berührt dauert es gerade einmal 2 Minuten, bis der letzte Rest ihres Rands verschwindet. Und wenn man Glück hat, viel Glück, dann kann man auch noch erleben, dass sie sich mit einem grünen Blitz verabschiedet.
„Worum geht es? Durch den kopernikanischen Schock wird uns demonstriert, daß wir die Welt nicht sehen, wie sie ist, sondern daß wir ihre „Wirklichkeit“ gegen den Eindruck der Sinne denkend vorstellen müssen, um zu „begreifen“, was mit ihr der Fall ist. Da liegt das Dilemma: wenn die Sonne aufgeht, geht nicht die Sonne auf. Was die Augen sehen und was der astrophysisch informierte Verstand vorstellt, kann nicht mehr miteinander zur Deckung kommen. Die Erde wälzt sich im leeren Raum um sich selbst nach vorn, wobei der irreführende Eindruck entsteht, wir sähen die Sonne aufgehen. Solange das Universum besteht, gab es noch keinen Sonnenaufgang, sondern nur sture Erdumdrehungen, und dieser Befund wird nicht tröstlicher dadurch, daß wir aufgrund radioastronomischer und anderer Messungen zu der Vorstellung gezwungen sind, daß es vor einem Zeitpunkt t(x) weder die Sonne noch die Erde noch Augen gegeben hat, um deren Konstellationen zu sehen. Dann wären nicht nur die Sonnenaufgänge, sondern auch die Voraussetzungen des Scheins von Sonnenaufgängen in einem kosmischen Noch-Nicht verschwunden. Der augenscheinliche Sonnenaufgang verliert sich in einer mehrfachen Nichtigkeit, sobald wir den ptolemäischen „Schein“ zugunsten kopernikanisch organisierter Vorstellungen von „Wirklichkeit“ aufgeben. Radikaler als jedes metaphysische Vorstellen von „Wesenswelten“ dementiert das moderne physikalische Vorstellen der Körperwelt den ‚Schein der Sinne‘.“*

*Sloterdijk, Peter: Kopernikanische Mobilmachung und ptolemäische Abrüstung. Frankfurt a M 1987.

Kratzer um die Sonne

Links: Quasikonzentrische Ringe um den Sonnenreflex auf einer Karosserie. Rechts: Vergrößerter Ausschnitt

Es dringt in jede Spalte,
zeichnet alle Formen
– auch die unsichtbaren

Andrzej Stasiuk (*1960)

H. Joachim Schlichting. Spektrum der Wissenschaft 3 (2022), S. 74 – 75

Feinste Kratzer auf glatten Oberflächen sind normalerweise unsichtbar. Unter der Sonne treten sie allerdings abschnittsweise als dünne, manchmal bunt schillernde Streifen hervor, die sich scheinbar kreisrund um das Bild der Lichtquelle herum gruppieren.

Die meisten Menschen würden wohl behaupten, ein frisch lackiertes Auto glänze am schönsten. Wenn man hingegen auf einen speziellen physikalischen Effekt aus ist, darf die Autokarosserie nicht mehr ganz fabrikneu sein. Dann bildet sich an klaren Tagen um das reflektierte Bild der Sonne herum ein konzentrisch aussehendes System von mehr oder weniger kurzen Lichtstreifen. Sie schillern überdies häufig in verschiedenen Spektralfarben (siehe »Leuchtspuren«). Besonders lange genutzte Fahrzeuge ergeben die schönsten Effekte. Denn die Ringe werden letztlich durch Gebrauchsspuren hervorgerufen, die im Lauf der Zeit durch mechanische Einwirkungen auf den Lack entstehen. Daran sind die rotierenden Bürsten beim Waschen oder das manuelle Säubern ebenso beteiligt wie Schmutzteilchen, die über den Lack hinweg streichen und dabei mikroskopisch kleine Rillen hinterlassen.

Auf den ersten Blick könnte man vermuten, es wären kreisförmige Streifen für das Phänomen verantwortlich, vielleicht durch entsprechende Bewegungen beim Polieren in diesem Bereich. Doch die leuchtenden Ringe bewegen sich mit dem Reflex der Lichtquelle mit und treten an fast jeder beliebigen Stelle in Erscheinung. Es muss eine andere Ursache geben.

Schaut man sich die hellen Striche genauer an, so erkennt man: Sie sind meist gar nicht gekrümmt, sondern es handelt sich um geradlinige Riefen, die sich wie Tangentenstücke an imaginäre Kreise um den Sonnenreflex herum gruppieren. Offenbar sieht man nur jene Abschnitte der Kratzer, die gerade so orientiert sind, dass sie das Licht ins Auge reflektieren. Auf die Weise entsteht insgesamt scheinbar eine kreisförmige Struktur. Unser visuelles System verstärkt den Eindruck, denn es tendiert dazu, Reize möglichst ausgewogen und symmetrisch wahrzunehmen. Denn wegen der Zufallsverteilung der Rillen kann es in Wirklichkeit keine aus tangentialen Stücken zusammengesetzten geschlossenen Kreise geben.

Wie kommt es zu dem Phänomen? Auf einer perfekt glatten Oberfläche wäre das Spiegelbild der Sonne genau auf einer Fläche zu sehen – und nur dort –, von der die einzelnen Punkte der Sonnenscheibe nach dem Reflexionsgesetz ins Auge geworfen werden. Nun sehen wir aber viele Stellen glänzen, die vom Spiegelbild der Sonne ein Stück entfernt sind. Darum können die reflektierenden Flächenelemente nicht in derselben Ebene liegen wie die gespiegelte Sonne. Sie müssen vielmehr zu ihr hin geneigt sein und zwar umso stärker, je weiter weg sie liegen.

Die Erklärung liegt im u-förmigen Querschnitt der Kratzer. Deswegen existiert ein ganzes Spektrum unterschiedlich geneigter Flächenelemente, und jedes leuchtet an den Stellen passender Winkel auf. Da die Sonne eine ausgedehnte Lichtquelle ist, erhellt sie nicht nur einen Punkt, sondern die Reflexion erstreckt sich noch über ein kleines Stück zu dessen Seiten. Die Länge der strahlenden Abschnitte hängt mit der scheinbaren Größe der Sonne zusammen. Außerdem sind die Reflexe an einem Kratzer auch deshalb nicht auf einen Punkt beschränkt, weil die Innenseiten unregelmäßig strukturiert sind und an mehreren Stellen passende Bedingungen bieten. Aus Symmetriegründen gelten die Überlegungen für alle tangential um das Spiegelbild der Sonne herum orientierten Rillen. Mit zunehmendem Abstand vom Zentrum sind immer steilere Neigungen für eine Reflexion zum Betrachter erforderlich. Da diese seltener vorkommen, nehmen die Häufigkeit und die Helligkeit leuchtender Kratzerabschnitte nach außen hin ab.

Obwohl die funkelnden Stellen einen Eindruck davon vermitteln, wie stark der Autolack vom Alltag gezeichnet ist, muss man sich vor Augen führen, dass die tatsächliche Zahl und Länge der winzigen Schrammen noch wesentlich größer sind. Eine Computersimulation veranschaulicht das: Man kann für eine Zufallsverteilung unterschiedlicher Kratzer, die im diffusen Licht unsichtbar sind, die Abschnitte visualisieren, die mit einer senkrecht darüber angebrachten Punktlichtquelle zu Tage treten. Dann zeichnen die Reflexionen ein ähnliches Muster wie auf einem Autodach und spiegeln doch immer nur einen Bruchteil aller Unebenheiten wider.

Solche strahlenden Ringe lassen sich außerdem beispielsweise als Reflexionen auf Besteck und weiteren intransparenten Objekten erkennen, aber auch beim Blick durch die Kunststofffenster eines Flugzeugs. Diese sind ebenso mechanischen Einwirkungen ausgesetzt. Von den winzigen Spuren sieht man nur etwas, wenn man durch das Fenster hindurch auf eine Lichtquelle blickt. In dem Fall gruppieren sich die hellen Abschnitte nicht um das Spiegelbild, sondern um das Original der Lichtquelle (siehe »Spektrum« August 2019, S. 52). Daher unterscheiden sich die physikalischen Verhältnisse insofern, als das Licht hier nicht an den Kratzern reflektiert, sondern an ihnen gebrochen wird.

Bei genauerem Hinschauen glitzern viele Rillen bunt. Offenbar sind einige der feinen Unregelmäßigkeiten von der Größenordnung der Wellenlänge des Lichts. Dann kommt es zur Beugung des Lichts, die das einfallende weiße Licht in die Bestandteile seines Spektrums zerlegt. Die Strukturen wirken wie feine Spalte, entlang derer die auftreffende Strahlungsfront Elementarwellen in alle möglichen Richtungen aussendet. Überlagern sie sich im Auge oder auf dem Chip der Kamera, so werden entsprechend den jeweiligen Wegunterschieden bestimmte Wellenlängen verstärkt oder abgeschwächt. Je nach Beobachtungsposition schimmern die Schrammen oft so intensiv farbig, dass sie viel breiter wirken, als sie in Wirklichkeit sind.

Unheimliche Stimmung

Manchmal ändern sich die Verhältnisse rasend schnell. Kurz vorher schien noch die Sonne, dann kamen die Wolken wie um zu verdecken, was dann geschehen sollte: Blitz und Donner, Hagelschauer und Sturm.

Eine leuchtende Düne

Bei tiefstegender Sonne kann man zuweilen das Glück haben, einzeln beleuchtete Dünen in einer Dünenlandschaft am Strand oder in der Wüste zu finden. Der Anblick ist m. E. sehr bemerkenswert, weil er den Eindruck vermittelt aus sich selbst heraus zu leuchten.

Skurrile Eispodeste auf dem Baikalsee

VLADIMIRPB / GETTY IMAGES / ISTOCK

H. Joachim Schlichting. Spektrum der Wissenschaft 1 (2022), S. 60 – 61

Das Schöne ist eine Manifestation
geheimer Naturgesetze

Johann Wolfgang von Goethe (1749–1832)

Selbst bei lang anhaltenden tiefen Temperaturen kann die Eisdecke eines Sees allmählich schrumpfen. Das liegt an der Wärmestrahlung des Tageslichts. Aufliegende Steine schirmen diese unter sich ab, während das restliche Eis abgetragen wird. Sie finden sich daher schließlich auf einer Säule balancierend wieder.

In unseren Regionen trifft man auf einem zugefrorenen Gewässer zuweilen Steine, Blätter und Äste an, die sich in einer Mulde befinden, so als wären sie dort unter dem eigenen Gewicht eingesunken (siehe »Schmelzabdruck«). Der Eindruck trügt. Vielmehr absorbieren sie die direkte Sonnenstrahlung und erwärmen sich deswegen über den Gefrierpunkt hinaus. Bei nicht allzu tiefen Temperaturen entsteht zunächst Schmelzwasser und dann mit dessen Verdunstung eine passgenaue Mulde, die bei länger andauernder Sonneneinwirkung immer tiefer wird. Das Eis an sich ist weitgehend transparent und nimmt nur wenig Sonnenenergie auf. Es wird an unberührten Flächen in der Umgebung also kaum angegriffen.

Manchmal lässt sich aber eher das Umgekehrte beobachten, etwa bei lang anhaltenden tiefen Temperaturen auf schneefreien, zugefrorenen Seen wie dem Baikalsee in Sibirien. Dort sind Steine zwar auch von einer Mulde umgeben, aber statt darin zu liegen, scheinen sie vielmehr darüber zu schweben. Tatsächlich werden sie von einem schmalen Eispodest getragen, das aus der Vertiefung herausragt. Wegen der visuellen Ähnlichkeit zu meditativ genutzten Steintürmchen werden solche Fundstücke gelegentlich als Zen-Steine bezeichnet (siehe »Zen-Stein«).

Die Kontur der Zen-Steine erinnert an pilzartige Felsformationen, wie sie beispielsweise im türkischen Kappadokien zu bewundern sind (siehe »Feenkamine«). Solche »Feenkamine« entstehen, indem härteres Gestein, das auf weicherem liegt, an manchen Stellen die Erosion durch Wasser und Wind abschirmt und damit verzögert.

Es war bereits bekannt, dass die Erosion auch beim Entstehen der Zen-Steine eine wesentliche Rolle spielt. Bisher ließ sich allerdings nicht erklären, welcher Mechanismus bei derart tiefen Temperaturen das Eis so stark abträgt. Denn einerseits ist die direkte Sonneneinstrahlung jahreszeitlich bedingt sehr schwach, und zum anderen erfolgt die Strukturbildung der Zen-Steine unabhängig davon, ob und aus welcher Richtung die Sonne scheint.

Im Oktober 2021 haben die Physiker Nicolas Taberlet und Nicolas Plihon von der Universität Lyon das Problem gelöst. Sie konnten sowohl experimentell als auch anhand eines physikalischen Modells zeigen, dass die Erosion durch die Sublimation von Eis bewirkt wird. Beim Sublimieren einer Substanz geht diese direkt vom festen in den gasförmigen Zustand über. Das flüssige Stadium wird sozusagen übersprungen. Das ist kein ungewöhnlicher Vorgang – im Winter verschwindet Schnee selbst in unseren Breiten unter bestimmten Bedingungen, ohne zuvor flüssig geworden zu sein (siehe »Spektrum« 2/2020, S. 78). Ein solcher unmittelbarer Übergang geschieht außerdem beispielsweise beim festen Kohlenstoffdioxid, das umgangssprachlich bezeichnenderweise Trockeneis heißt und bei Umgebungstemperatur in einer stürmischen Reaktion gasförmig wird (siehe »Spektrum« 11/2009, S. 52).

Bei der Sublimation von Eis finden Schmelzen und Verdampfen gewissermaßen gleichzeitig statt. Daher muss die dazu nötige Wärme für beides auf einmal aufgebracht werden; obendrein ist beim Wasser jeweils relativ viel Energie dafür erforderlich. Woher stammt sie? Eis absorbiert Licht sichtbarer Wellenlängen kaum. Deswegen kommen fast ausschließlich die langwelligen Anteile des diffusen Tageslichts in Frage, das aus allen Richtungen einstrahlt.

Aus dessen Intensität lässt sich die Rate der Eiserosion durch Sublimation abschätzen. Dabei zeigt sich: Der Schwund geht sehr langsam vonstatten. Dabei schirmt ein auf dem Eis liegender Stein die unter ihm befindliche Fläche ab und schützt sie vor Verlusten. So senkt sich allmählich das Eisniveau außerhalb des Schattens, und der Stein bleibt auf einem Podest liegen. Dieses scheint aus der sinkenden Eisfläche herauszuwachsen und wird dabei der diffusen Strahlung des Tageslichts stärker ausgesetzt. Dadurch trifft die von überall kommende Wärme auch auf die zunehmend hohen Seiten der Eissäule, die zu einem immer schmaleren Stiel erodiert – der schließlich unter dem Gewicht des Steins bricht.

Taberlet und Plihon haben ihre Theorie durch Laborexperimente abgesichert. Sie führten sie in einer Vakuumkammer durch, wie sie zur Gefriertrocknung etwa von Lebensmitteln verwendet wird. Bei den dort herrschenden niedrigen Drücken und Temperaturen konnten die beiden Physiker die Sublimationsrate wesentlich erhöhen und damit die Erosionsdauer entsprechend verkürzen. Sie stellten die Geschehnisse auf dem Baikalsee gewissermaßen im Zeitraffer nach. Statt Steine verwendeten sie kleine Metallplatten. Diese wurden mit dem Schrumpfen der umliegenden Eisschicht in der Kammer schnell auf ein immer höheres und schmaleres Podest gehoben. Bei Versuchen mit Plättchen unterschiedlicher Art war der Effekt unabhängig vom Material. Insbesondere spielte die Wärmeleitfähigkeit des Stoffs keine Rolle.

Bei einem näheren Blick fällt auf: Ähnlich wie bei den eingangs genannten Blättern auf hiesigen zugefrorenen Flächen bildet sich unter den Zen-Steinen ebenfalls eine Mulde. Denn sie absorbieren – anders als Eis – auch Energie im sichtbaren Bereich des Tageslichts und geben diese als Wärmestrahlung an die Umgebung ab. Das erodiert die in unmittelbarer Nähe befindliche Eisfläche zusätzlich. Hier zu Lande bringt das die Unterlage üblicherweise zum Schmelzen, in Sibirien aber erhöht es wegen der sehr tiefen Temperaturen lediglich die Sublimationsrate.

Quelle

Taberlet, N. , Plihon, N.: Sublimation-driven morphogenesis of Zen stones on ice surfaces. PNAS 2021 Vol. 118 No. 40 e2109107118

Rätselfoto des Monats Januar 2022

Wie kommt es zu den langen weißen Nadeln?

Erklärung des Rätselfotos des Monats Dezember 2021

Frage: Wie kommt es zu dieser geraden Begrenzung der Reifschicht?

Antwort: Wir blicken frontal auf die Seitenscheibe einer Busstation. Sie ist etwa bis zur Hälfte mit Reif bedeckt, der wie mit einem Lineal gezogen begrenzt ist. Ursache dafür ist die Sonne, die schräg von oben und von der Seite in den Unterstand scheint und teilweise durch das Dach abgeschattet wird. Weil sich die Sonne allmählich von links nach rechts bewegt und immer mehr von vorn in den Unterstand leuchtet, verschiebt sich der Schatten des Dachs und damit die Trennlinie weiter nach oben. In dem Maße, wie der beschattete und noch vom Raureif überzogene Teil der Scheibe in die Sonne gerät, schmilzt das Eis. Denn obwohl die Eiskristalle weitgehend transparent sind, wird das Licht im rauen Reif mehrfach reflektiert, wobei immer auch ein Teil des Lichts absorbiert und in Wärme umgewandelt wird, die für das Schmelzen benötigt wird.
An der Geradlinigkeit der Schmelzgrenze erkennt man übrigens die Geradlinigkeit der Lichtausbreitung.

Dämmerung – Zeit der großen Gedanken

Ja, die Dämmerung- der Augenblick des planetarischen Schattens – ist die Zeit, in der man großen Gedanken am wahrscheinlichsten begegnen kann. Wegen irgendeines Machtkampfs zwischen den Zapfen und Stäbchen der Netzhaut, der mit dem Nahen der Dunkelheit ausbricht, gibt es ungefähr eine Viertelstunde, in der die Farben, wenngleich weniger deutlich, ungeheuer pigmentiert erscheinen und die wichtigen Dinge, Gesichter und insbesondere die Zähne eines Lächelns, zu Quellen warmen Lichts werden; genau dann können große Gedanken am besten dabei beobachtet werden, wie sie über ihre düsteren Veranden schlendern und aus ihren Kodizes rezitieren.*

Außerdem kann man drei Tage vor dem Jahreswechsel durchaus schon mal anfangen, sich große Gedanken für das Neue Jahr zu machen, auch wenn man angesichts der Einschränkungen durch Corona meinen könnte, es lohne sich nicht, sich groß Gedanken zu machen.


* Nicholson Baker. U&I. Wie groß sind die Gedanken. Reinbek 1999, S.222

Wintersonnenwende 2021

Heute „erleben“ wir den kürzesten Tag und die längste Nacht des Jahres. Die Sonne geht bei uns um 8:01 Uhr auf und um 16:22 Uhr unter, es vergehen also nur acht Stunden und 21 Minuten. Anders gesagt, die Sonne macht (auf der Nordhalbkugel) ihren kleinsten Bogen und erreicht mittags die geringste Höhe. Danach geht es wieder aufwärts. Die Tage werden wieder länger. Davon merkt man jedoch zunächst noch nichts, denn es sind zunächst nur wenige Sekunden. Außerdem macht sich die Verlängerung des Tages, bzw. die Sonnenscheindauer, so sie nicht ohnehin hinter den Wolken verborgen bleibt, zunächst nur beim Sonnenuntergang bemerkbar. Denn die elliptische Bahn der Erde um die Sonne führt dazu, dass die Sonne bis Ende des Jahres sogar noch etwas später aufgeht.

Mit dieser Wintersonnenwende beginnt der (astronomische) Winter. Angesichts der zunehmenden Tageslänge mag das paradox klingen, es hat aber eine gewisse Berechtigung wie ich anlässlich der letzten Wintersonnenwende kurz beschrieben habe. Wie dem auch sei, trotz der Zunahme der Sonnenscheindauer, stehen uns die Phänomene, die wir mit Winter verbinden sicherlich/hoffentlich noch bevor.
Das Foto wurde gestern in der Mittagszeit gemacht und zeigt für mich in etwa, wo die Sonne an diesem Tag ihren höchsten Stand erreicht. Immerhin reicht die Helligkeit sich ihren Weg durch das Geäst „hindurchzubrennen„.

Rätselfoto des Monats Dezember 2021

Wie kommt es zu dieser geraden Begrenzung der Reifschicht?


Erklärung des Rätselfotos des Monats November 2021

Frage: Warum krümmt sich der Strahl?

Antwort: Das ist eine alte Frage und hat zu zahlreichen Erklärungen geführt. Neueren Untersuchungen zufolge spielt die Benetzbarkeit (Hydrophilie) des Tüllenmaterials, die bei üblichen Teekannen verhältnismäßig groß ist, die entscheidende Rolle bei der Krümmung der Flüssigkeitsströmung. Die Stärke der Benetzbarkeit kann durch den sich zwischen Tülle und Flüssigkeit einstellenden sogenannten Kontaktwinkel charakterisiert werden. Ein kleiner Kontaktwinkel weist auf eine starke Anziehung (Adhäsionskraft) hin. Wenn die Flüssigkeit über die nach unten gekrümmte Tülle strömt, tendiert sie einerseits aufgrund der Trägheitskraft dazu, ihre Richtung beizubehalten. Andererseits wird sie aufgrund der Adhäsionskraft von der Tülle „festgehalten“ und folgt ihrer Krümmung. Da die Trägheitskraft mit der Strömungsgeschwindigkeit zunimmt, überwiegen die Adhäsionskraft und damit die Krümmung umso mehr, je langsamer die Flüssigkeit strömt. Beim vorsichtigen Einschenken des Tees wird dieser also auch gegen die Schwerkraft zur Kanne hin gekrümmt. Erreicht der Strom dabei den ebenfalls hydrophilen Kannenhals, wird der Strahl durch diesen angezogen und bildet den im Foto zu sehenden gekrümmten Strahl aus.
Die beste Möglichkeit zur Vermeidung des Teekanneneffekts besteht demnach darin, die Teekannentülle aus Material mit einer geringen Benetzbarkeit (hydrophob) zu fertigen, was durch entsprechende Beschichtungen erreicht werden könnte.

Blick auf das Packeis

Auf dem Flug nach Fairbanks (Alaska) geben die Wolken teilweise den Blick auf das Packeis des Nordpolarmeeres frei. Das schräg einfallende Sonnenlicht wird vom Wasser zwischen den Eisschollen reflektiert – ein äußerst erhabener Anblick! Um den schönen Anblick zu genießen, muss man die Probleme einen Moment vergessen…

Sonne, Blüten, Meer…

Kaum zu glauben, dass ich vor zwei Wochen noch diesen Anblick genießen durfte. Inzwischen gewinne ich den Farben unserer Herbsten ähnlich positive Gefühle ab….

Eine etruskische Vase am Morgenhimmel

Vor einigen Tagen sah ich eine etruskische Vase. Nein, ich war nicht im Museum, sondern am Strand und wartete auf den Sonnenaufgang. Meistens erlebe ich, dass sie Sonne sich irgendwie aus einer mehr oder weniger definierten Dunstschicht herausquält. Diesmal tauchte sie sauber hinter der Horizontlinie auf, zunächst als schmaler roter Bogen, der sich dann aber sehr schnell zu einem fast perfekten Kreis rundete. Ja, nur fast perfekt. Es zeigten sich einige Randunschärfen und die sollten sich dann auch noch in besonderer Weise verstärken: Die Sonne löste sich nicht sofort vom Horizont, sondern blieb kurzfristig an ihm kleben und gab für einen Moment das Bild einer etruskischen Vase ab (siehe Foto). Wer weiß schon genau, wie eine etruskische Vase aussieht. Aber einer derjenigen, die dieses Phänomen als erste erklärt haben, muss sich an eine solche Vase erinnert gefühlt haben. Und diese Namensgebung hat sich gehalten. Daneben gibt es weitere Bezeichnungen, z.B. Omega-Sonne, wegen der Ähnlichkeit mit dem griechischen Buchstaben Omega: Ω.
Was steckt hinter dieser scheinbaren Verzerrung der Sonnenscheibe? Die Strahlen der Sonne durchqueren kurz bevor diese vollständig über dem Horizont zu sehen ist, eine Grenzschicht zwischen kälterer und wärmerer Luft. Dadurch erfahren sie eine ähnliche Ablenkung wie beispielsweise ein Auto auf einer heißen Asphaltstraße (Luftspiegelung), sodass der untere Teil des Fahrzeugs noch einmal teilweise gespiegelt darunter zu sehen ist. Neben dieser noch teilweise ordentlichen Variante einer unteren Luftspiegelung gibt es je nach der Luftschichtung zum Horizont hin weitere Versionen von Spiegelungen bis hin zu solchen, die die Sonne als extremes Zerrbild erscheinen lassen.

Miniaturvulkan

Nachdem der Cumbre Vieja auf meiner Lieblingswanderinsel La Palma ausgebrochen ist, sehe ich offenbar überall Vulkane, selbst im Asphalt, der von der Sonne zum Ausbruch bzw. Schmelzen gebracht wurde (siehe Foto).
Bei genauerem Hinsehen erkennt man aber, dass hier etwas ganz anderes passiert. Ein Stein, der auf einer vorher festen Bitumenschicht lag, sinkt in dem Maße ein, wie letzteres sich von der Sonne aufgeheizt flüssig wird. Interessant ist dabei, dass das Bitumen nicht einfach weich wird und sich plastisch verformt, sondern in eine strähnenartige Struktur übergeht.

Die Sonne ist ganz Auge

Dieser Anblick sprang mir in die Augen, sodass ich es nicht unterlassen konnte, ihn ins Auge zu fassen und auch weiterhin ein Auge darauf zu haben. Bekanntlich sollte man nicht mit bloßem Auge in die Sonne blicken, denn das könnte ins Auge gehen. So mancher Sonnenbeobachter früherer Zeiten hat auf diese Weise sein Augenlicht verloren.
Licht und Augen sind in gewisser Weise komplementäre Aspekte des Sehens: Das eine ist ohne das andere nichts. Man könnte einwenden, dass das Licht auch ohne Auge da ist, aber damit kann dann nur die elektromagnetische Strahlung gemeint sein, nicht aber das Licht mit all seinen auch emotionalen Konnotationen als Medium des Sehens.
Im vorliegenden Fall war die Lichtintensität der Sonne durch die Wolken so stark herabgesetzt, dass ich ohne Schaden zu nehmen ein Auge auf das Phänomen werfen und es im weiteren Verlauf im Auge behalten konnte. Ich ließ also das Auge des Herrn nicht aus den Augen und traute schließlich meinen Augen nicht und machte große Augen, als ich entdeckte, dass das Sonnenauge seine Augen schonte und die Augen schloss indem sie allmählich hinter den Wolken verschwand. So verlor ich das Sonnenauge aus den Augen
Vielleicht war ich der Sonne ein Dorn im Auge, weil ich ihr um ihres schönen Auges wegen zu tief in die Augen geschaut hatte. Da sie ihr Auge schloss, konnte ich ihr diese Vermutung nicht an den Augen ablesen.
Wem diese Worspielerei ein Dorn im Auge ist, der mag sie getrost aus den Augen verlieren. Ich sehe es dann mit einem lachenden und einem weinenden Auge.

Bunte Treppen in Spinnennetzen

Heute ist Tag- und Nachtgleiche. Die dunklen Stunden haben zu- und die hellen abgenommen. Heute sind sie beide gleich lang. Damit beginnt nun auch offiziell der Herbst. Die Sonne steigt tagsüber nicht mehr so hoch über den Horizont. Man wird daher oft geblendet. Zum Ausgleich bekommt man aber auch einiges geboten. Zum Beobachten der Sterne braucht man nicht mehr so lange zu warten und – darauf möchte ich heute aufmerksam machen – man kommt häufiger die Chance, Spinnennetze gegen die tiefstehende Sonne in bunten Farben aufflammen zu sehen (siehe Foto). Flach gegen die Sonne betrachtet sieht man, wie das Sonnenlicht an den dünnen Spinnfäden und den darauf befindlichen winzigen Klebetröpfchen gebeugt und dadurch in einzelne Spektralfarben zerlegt wird. Achtet mal darauf wenn ihr an Bäumen und Büschen vorbeikommt, die im Lichte des Sonne liegen.
Das Gefühl, dass im Herbst mehr Spinnennetze vorhanden sind, rührt vor allem daher, dass diese durch Tautröpfchen und durch die Lichtbeugung häufiger gesehen werden als in anderen Jahreszeiten.

Lichtinstallation im Kleinen

Was am Tag wie eine reichlich verzierte (kitschige) Vase aussieht zeigt ihr wahres Gesicht in der Nacht. Es ist nämlich gar keine Vase, sondern ein High-Tech-Produkt. Es enthält im oberen Teil eine Solarzelle, die tagsüber aus Sonnenenergie elektrische Energie gewinnt, die in einem kleinen Akku gespeichert und bei Dunkelheit wieder zurückverwandelt wird in Lichtenergie. Da sich die Lampe, die das Licht aussendet, nunmehr im unteren Teil der Vase befindet, werden die transparenten, in allerlei Formen strukturierten Fensterchen der perspektivischen Verzerrung entsprechend in unterschiedlichen Größen auf dem Tisch abgebildet.
Erstaunlich war für mich, wie lange doch die gespeicherte Energie dank der effektiven Lichtquelle und der inzwischen ebenfalls verbesserten Wirkungsgrads der Solarzelle und des Akkus die kleine Lichtinstallation am Leben erhielt.

Rätselfoto des Monats September 2021

Warum ordnet sich der lockere Split allein infolge der Benutzung der Straße wellenförmig an?


Erklärung des Rätselfotos des Monats August 2021

Frage: Warum ist die Spiegelung im Schatten besser?

Antwort: Das schräg von links einfallende Sonnenlicht wird im hinteren Teil der Wasseroberfläche sowohl spiegelnd als auch an den braunen Schwebstoffen im Wasser diffus reflektiert bzw. gestreut. Aus unserer Position bzw. der des Fotografen sehen wir aber nur die diffuse Reflexion, durch die das Sonnenlicht in alle Richtungen gestreut wird – also auch in unsere Augen. Und obwohl die Intensität des gespiegelten Lichts auf der Wasseroberfläche wesentlich größer ist, bekommen wir davon nichts mit, weil nach dem Reflexionsgesetz: Einfallswinkel = Reflexionswinkel das Licht nach schräg rechts reflektiert wird. Wenn man dort stünde und auf das Wasser in Richtung Sonne blickte, würde einem das gespiegelte Licht blendend in die Augen fallen.
Der (bezüglich des Sonnenlichts) beschattete Bereich im Vordergrund wird lediglich vom Streulicht des Himmels und anderer Objekte wie etwa der Bäume und der Häuser im Hintergrund beleuchtet. Dabei wird es im Wasser ebenfalls spiegelnd und diffus reflektiert. Diesmal kommt das Licht jedoch aus Richtungen, aus denen es spiegelnd in unsere Augen gelangt. Das auch in diesem Fall an den Streuteilchen im Wasser diffus reflektierte Licht ist jedoch von so geringer Intensität, dass es kaum störend in Erscheinung tritt.
Schaut man sich die Szenerie genauer an, so erkennt man, dass ein Teil des in der Sonne liegenden rechten Brückenbogens hell genug ist, um die diffuse Reflexion des Sonnenlichts wenigstens teilweise zu überstrahlen.

Der Glorie schimmernd Rad…

Sie sind vor Ort, die Lämpchen rund
Wie Irrwischflämmchen aufgestellt.
Die Winde keucht, es rollt der Hund,
Der Hammer pickt, die Stufe fällt,
An Bleigewürfel, Glimmerspat
Zerrinnend, malt der kleine Strahl
In seiner Glorie schwimmend Rad
Sich Regenbogen und Opal.*


Dies ist eine Strophe aus dem für mich geheimnisvollen Gedicht „Die Erzstufe“ von Annette von Droste-Hülshoff (1797 – 1848), in dem sie sich bestimmten Aspekten des Bergbaus lyrisch nähert und dabei Naturbilder benutzt, die ganz andere Assoziationen hervorrufen. Ich sehe in den Lämpchen, die in der Sonne strahlenden weißen Köpfe der Pusteblume. Darin leuchtet eine durch Interferenz an den feinen Verästellungen der Pappusse hervorgerufene „Glorie“ in Spektralfarben, die wie ein Opal irisiert. Ein vergleichbares Irisieren sieht man zum Beispiel auch in den Distelsamen.


* Annette von Droste-Hülshoff: [Die Ausgabe von 1844], S. 173. Digitale Bibliothek Band 1: Deutsche Literatur, S. 7909 (vgl. Droste-SW Bd. 1, S. 127)

Seerosen mit Riesentropfen

Natürlich fällt zunächst die schöne Seerose ins Auge. Sie präsentiert sich hier einige Zeit nach einem Regenschauer, der seine Spuren in fast perfekt kreisförmigen Wasserlinsen auf den Blättern hinterlassen hat. Die Ursache für die nach Größe und Verteilung eher statistisch verteilten Tropfen ist das Ergebnis einer Wechselwirkung zwischen der Blattoberfläche und dem Regenwasser zu sehen. Die Blätter zeigen eine deutliche Ablehnung des Wassers (wohl um die Fotosyntheseaktivitäten nicht durch eine flächendeckende Benetzung einzuschränken). Diese Hydrophobie führt dazu, dass sich das Wasser entgegen der Tendenz sich schwerkraftbedingt gleichmäßig über die Blätter zu verteilen auf eine möglichst kleine Fläche zurückzieht. Die kleinste Fläche auf der die größte Menge Wasser unterzubringen ist, ist der Kreis. Wenn die Schwerkraft nicht wäre, würde sich das Wasser noch mehr in Richtung Kugelgestalt aufwölben, wodurch die Kontaktfläche mit dem Blatt noch weiter hätte reduziert werden können.
Immerhin wird der Kontakt zwischen Wasser und Blatt nicht ganz eingestellt. Die „Wasserlinsen“ und die Blattoberfläche ziehen sich zumindest so stark an, dass sie trotz einer gewissen Neigung der Blättter nicht zur tiefsten Stelle rollen/gleiten, sondern dort bleiben, wo sie entstanden sind.
An den hellen Punkten am Rande eines jeden Tropfens, die spiegelnde Reflexionen des Sonnenlichts, sieht man, dass die Sonne schon wieder scheint.

Vom Quadrat zum Kreis

Die Quadratur des Kreises gehört zu den ungelösten geometrischen Problemen. Die Umkehrung, die darin besteht, aus einem Quadrat einen Kreis hervorgehen zu lassen. bringt die Natur mit Leichtigkeit zuwege. Dafür haben wir in dem Foto ein schönes Beispiel.
Über dieser farbenprächtigen Tür ist ein Holzgitter angebracht. Es soll dereinst ein Rankgewächs stützen, das sich gerade anschickt, an den Seiten hochzuwachsen. Vorerst muss man mit dem schräg auf die Tür fallenden Schatten des Gitters vorlieb nehmen. Je weiter die schattengebenden Löcher des Gitters von der Tür entfernt sind, desto stärker runden sich die Löcher der zugehörigen Schatten ab.
Man erkennt es daran, dass die Schatten im oberen Bereich der Tür noch ziemlich genau die rechteckige Struktur des Gitters wiedergeben, während die Schatten im unteren Bereich immer mehr von der quadratischen Form des Gitters abweichen.
Letztlich steckt hinter diesem Übergang vom Quadrat zum Kreis das Phänomen der Sonnentaler. Je weiter die Projektion vom quadratischen Loch entfernt ist, desto runder wird der Lichtfleck.

Lichtblick

Nach einem Tag abwechslungsreicher Regenschauer ein Lichtblick. Über den Wolken scheint gutes Wetter zu sein.

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