Sonne

Lichterloher Wolkenrand

Wie ein Blitz zeigt sich hier der Rand einer Wolke und verrät, dass hinter ihr die Sonne scheint. Warten wir es also ab, bis sie sich in ihrer ganzen Pracht zeigt und genießen vorerst die eindrucksvollen Blautöne.

Zum internationalen Tag des Lichts 2023

Um auf die Bedeutung des Lichts in allen Lebensbereichen aufmerksam zu machen, hat die UNESCO den 16. Mai zum Internationalen Tag des Lichts erklärt. Das möchte ich zum Anlass nehmen, auf den ganz alltäglichen Sonnenaufgang hinzuweisen, der weder sprachlich noch physikalisch das ist, was er zu sein vorgibt. Sprachlich geht hier 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 weit 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 infolge der Brechung des Lichts bei ihrem langen Weg durch die Atmosphäre 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 Licht von einem Medium ins andere übergeht oder sich zum Beispiel die Dichte der Luft ändert. Überlegungen, die in diese Richtung laufen, kommen daher kaum zu einem befriedigenden Ergebnis. Eine ähnlich Spitzfindigkeit ergibt sich, wenn man wegen der Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit davon ausgehen würde, dass die Gegenstände stets einen Moment später und daher möglicherweise an der Stelle anderen Stelle gesehen werden. Bei der Sonne macht diese Differenz immerhin etwas 8 Minuten aus.
Also lassen wir es und erfreuen uns am Abbild der Sonne die hier (Foto) 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 es nicht mehr weiß leuchtet, sondern hauptsächlich in gelben und roten Farbtönen (er)scheint. Man kann dann sogar  bedenkenlos in die Sonne hineinblicken und beobachten, wie schnell sie absinkt. Wenn das Sonnenbild 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.
Wenn man will kann man daraus weitere tiefschürfende Gedanken schöpfen, wie beispielsweise im folgenden Text ausgeführt:
„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‘.“

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

Regenbogen im Spinnennetz

Wer sich das Foto des ungeordneten Spinnennetzes genauer anschaut wird vielleich einige Farben entdecken auf einem nach rechts gebogenen Streifen entdecken. Das ist kein Fake sondern Fakt – der Teil eines Regenbogens. Zwar erkennt man nur die außen liegenden rötlich und gelblich erscheinenden und die rechts innen auftretenden bläulichen Tröpfchen, aber dafür geht es hier nicht so hektisch zu wie beim „richtigen“ Regenbogen, in dem immer neue der fallenden Tropfen aufblitzen. Die in Regenbogenfarben leuchtenden Tropfen sind hier im Spinnennetz fixiert. Und dennoch, da in diesem Fall die Morgensonne ihre Bahn über den Himmel beginnt, geraten auch hier stets neue Tropfen in ihren Lichtkegel und werfen das farblich zerlegte Licht in unsere Augen – aber wesentlich langsamer als bei den fallenden Regentropfen.
Diese zusätzlich Bewegung der Sonne ist zwar auch beim „richtigen“ Regenbogen vorhanden, aber angesichts der Fallgeschwindigkeit vernachlässigbar.

Lichtblitze im Wasser

Der Blick ist auf den Wasserspiegel eines ruhig fließenden Bachs gerichtet. Auffällig sind zwei fast kreisrunde Schatten auf dem Boden des Gewässers, die von einem hellen Brennlinie (Kaustik) umgeben sind. Auslöser für dieses Phänomen sind zwei Grashalme, die mit ihrer Spitze leicht in das Wasser eintauchen ohne benetzt zu werden. Denn sie hassen das Wasser – sind hydrophob, sodass sich um sie herum eine winzige schüsselartige Vertiefung im Wasser ergibt. Diese Vertiefung ist von einem konvexen Rand umgeben, an dem das Licht wie von einer ringförmigen konvexen Linse gebrochen und auf dem Boden fokussiert wird. Auf diese Weise entsteht der zu beobachtende helle Ring (Kaustik). Das so aus der ursprünglichen Ausbreitungsrichtung abgelenkte Licht fehlt in der Mitte und führt dazu, dass hier ein Schatten entsteht. Ein Teil des in die konvexe Vertiefung fallenden Lichts wird reflektiert und macht sich in Form eines hellen Lichtblitzes an der Spitze des Grashalms bemerkbar.
Es sind weitere interessante Phänomen zu beobachten, die ich aber heute übergehen möchte.

Rätselfoto des Monats Mai 2023

Wo und wie kommt es zu diesen Kristallen?

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Erklärung des Rätselfotos des Monats April 2023

Frage: Blickt man auf die Sonne oder den Mond?

Antwort: Wenn man nicht auf den Kontext achtet, könnte es sowohl der Mond als auch die Sonne sein. Vom Mond sind die Strukturen nicht zu erkennen, und die Sonne ist bei diesigem Wetter oft so gedimmt, dass sie wie der Mond aussieht. Aber es gibt Hinweise auf die Antwort. Im Vordergrund erscheinen die Blätter eines Baumes in einem roten Licht. Insbesondere die Blätter, deren Seite uns zugewandt ist, reflektieren rotes Sonnenlicht. Die Sonne liegt also hinter uns. Wir blicken daher auf den Mond, der ebenfalls im Licht der Sonne liegt.

Sand, Licht und Schatten

Obwohl der Sand von einheitlicher Farbe ist, schaffen Licht und Schatten eine beeindruckende Koloration, die den sanft geschwungenen Dünen eine Struktur verleihen, von der man sich nur schwer vorstellen kann, dass sie durch die formende Kraft der Winde geschaffen wurde.

Die Sonne klingt wie ein Gong

Die Sonne sieht manchmal nicht nur wie ein Gong aus, sie ist auch einer. Jedenfalls schwingt sie, auch wenn wir sie mit unseren Ohren nicht klingen hören. Denn sie Sonne ist ein materieller Körper und damit auch schwingungsfähig. Um diese Analogie zum akustischen Schwingen eines Gongs oder einer Glocke für unser Gehör erfahrbar zu machen, haben NASA-Wissenschaftler die Vibrationen der Sonne in hörbare Schallwellen übersetzt. Die verschiedenen physikalischen Ursachen für diese solaren „Töne“ sind äußerst komplex und haben unterschiedliche physikalische Ursachen. Daher sollte man dem Sonnenklang keine über die Hörbarmachung hinaus gehende Bedeutung beimessen. Selbst wenn es ein Ohr geben würde, das die Sonne klingen hören könnte, so würde der Klang nie bis an dieses Ohr vordringen, denn zwischen Ohr bzw. Erde und Sonne herrscht Ultrahochvakuum, das kein akustisches Signal transportieren könnte.

Man wird vielleicht an Goetes Prolog im Himmel seines „Faust. Der Tragödie erster Teil“ (1808), erinnert, wo es heißt:

Die Sonne tönt nach alter Weise
In Brudersphären Wettgesang,
Und ihre vorgeschriebne Reise
Vollendet sie mit Donnergang.
Ihr Anblick gibt den Engeln Stärke,
Wenn keiner sie ergründen mag;
Die unbegreiflich hohen Werke
Sind herrlich wie am ersten Tag.
…
Und schnell und unbegreiflich schnelle
Dreht sich umher der Erde Pracht;
Es wechselt Paradieseshelle
Mit tiefer, schauervoller Nacht;
Es schäumt das Meer in breiten Flüssen
Am tiefen Grund der Felsen auf,
Und Fels und Meer wird fortgerissen
In ewig schnellem Sphärenlauf.
…
Und Stürme brausen um die Wette,
Vom Meer aufs Land, vom Land aufs Meer,
Und bilden wütend eine Kette
Der tiefsten Wirkung ringsumher.
Da flammt ein blitzendes Verheeren
Dem Pfade vor des Donnerschlags;
Doch deine Boten, Herr, verehren
Das sanfte Wandeln deines Tags.
…
Der Anblick gibt den Engeln Stärke,
Da keiner dich ergründen mag,
Und alle deine hohen Werke
Sind herrlich wie am ersten Tag.

Goethes tönende Sonne ist allerdings nicht als geniale Vorwegnahme der modernen physikalischen Untersuchungen zur schwingenden Sonne anzusehen, sondern geht auf die altgriechische Vorstellung der Sphärenmusik zurück. Demnach ging man nach der von Pythagoras von Samos und seinen Anhängern vertretenen Idee davon aus, dass bei den Bewegungen der Himmelskörper und der sie tragenden durchsichtigen Kugeln (Sphären) Töne entstehen, die einen harmonischen Zusammenklang ergeben. Demzufolge würden der Physik der Sphären bzw. der Astronomie dieselben Gesetzmäßigkeiten zugrunde liegen wie der Musik (Sphärenmusik). Noch Johannes Kepler, einer der ersten neuzeitlichen Physiker, hat von diesen harmonischen Vorstellungen (erfolgreich) Gebrauch gemacht, auch wenn sie in den schließlich aufgestellten Gesetzen keine Rolle mehr gespielt haben.

Frühlingsanfang

Seitdem die Sonne sich wieder vermehrt blicken lässt und ihre Strahlen radial in alle Richtungen sendet – jedenfalls nach der geometrischen Optik – werden einige frühe Blüten dazu angeregt, es ihr gleich zu tun. Die Strahlen der Weidenblüte sind kürzer, dafür enden sie in kleinen gelben Proviantpaketen für die frühen Insekten.
Frühlingsanfang bedeutet, dass die Tage fortan länger sind als die Nächte. Das bedeutet, dass sich die Sonne am Tage länger über dem Horizont aufhält als darunter, auch wenn das möglicherweise infolge von Nebel und Wolkenbedeckungen nicht unmittelbar nachvollzogen werden kann. Wer in den letzten Tagen Sonnenauf- und -untergangzeiten sehr genau beobachtet oder nur auf einer Liste verfolgt hat, wird zu seinem Erstaunen festgestellt haben, dass der Tag bereits vorgestern länger war als die Nacht. Schuld daran ist die „Hebung“ der tiefstehenden Sonne durch Lichtbrechung in der dichten Atmosphäre.

Ein Loch im Schnee

Der Winter hat gestern Nacht vermutlich mit einer schönen Schneelandschaft den Schlusspunkt unter seine diesjährige Saison gesetzt. Nachdem die letzten 10 Tage Eis, Wasser und Wasserdampf den Blick zum Himmel verstellt hatten, ist vorletzte Nacht alles heruntergekommen: Der Himmel ist frei, tiefblau, das Land mit einer weißen Schicht bedeckt… Halt, bevor ich fortfahre. Es ist nicht weiß; der Schnee hat einen deutlichen Blaustich, jedenfalls überall dort, wo die Sonne nicht hinkommt.

Brennspiegel

Hier zischt nichts, auch wenn die Sonne ein Loch durch das kahle Geäst brennt und sich alles im Wasser abspie(ge)lt. Diese Täuschung kommt dadurch zustande, dass durch den großen Intensitätsunterschied zwischen dem von der Sonne und den umgebenden Objekten ausgehenden Licht unser visuelles System physiologisch und die Kamera technisch überfordert sind eine perfekte Abbildung zu realisieren: Bei sehr hellen Objekten werden die Rezeptoren über die Sättigung hinaus angesprochen und dadurch so stark erregt, dass gleich auch noch einige der benachbarten Rezeptoren reagieren (Irradiation). 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. Interessanterweise führt das zu entsprechenden Wirkungen bei der Kamera (Blooming) mit der Folge, dass das Foto in etwa dasselbe zeigt, was auch das Auge sieht.

Lichtblende

Eine dicke Wolke absorbiert das Sonnenlicht. Das heißt nicht ganz. Denn dort wo sie dünner ist, am ausfransenden Rand, kommen einige Sonnenstrahlen hindurch. Sie haben bei ihren Reflexionen an den Wassertröpfchen nur einen Teil an Intensität verloren und erscheinen durch den starken Kontrast zur übrigen Wolke besonders hell. Dieser Kontrast macht auch die Naturschönheit dieser Szenerie aus. Solche kontrastreichen Ränder von Wolken beherbergen oft bemerkenswerte Pareidolien. In diesem Fall sehe ich das Profil eines Gesichts mit Knollnase.

Vorschein des Frühlings

Obwohl Kiefern immergrün sind, auch im Winter, hatte ich den Eindruck, dass dieses Exemplar eines filigran gewachsenen Baumes das Licht von weit her reflektiert und die Verheißung von Frühlingsgefühlen zum Ausdruck bringt.

Origineller Doppelschatten

H. Joachim Schlichting. Physik in unserer Zeit 53/6 (2022), S. 289

Normalerweise treten so viele Schatten eines Gegenstands auf, wie Lichtquellen vorhanden sind, die diesen aus unterschiedlichen Richtungen beleuchten. Diese physikalische Gewissheit könnte im folgenden Beispiel arg in Zweifel gezogen werden – allerdings nur auf den ersten Blick.

Obwohl in der Abbildung nur die Sonne von schräg oben fast streifend auf die Hauswand und die etwas vorstehende Fensterbank scheint, beobachtet man an dessen Gitterstäben zwei in entgegengesetzte Richtung fallende Schatten.

Der erste Schatten ist plausibel. Seine Länge zeigt deutlich, dass die Sonnenstrahlrichtung nur geringfügig von der Ausrichtung der Hauswand abweicht. Das Zustandekommen der Schatten der Gitterstäbe erschließt sich erst auf den zweiten Blick: Das nahezu parallel zur Hauswand strahlende Sonnenlicht führt dazu, dass ein schmaler Streifen der rechten weißen Fensterleibung vom Sonnenlicht getroffen wird. Dieser erhellte Streifen reflektiert das Sonnenlicht und wird dadurch zu einer nahezu linienhaften Lichtquelle. Diese beleuchtet auch die gegenüberliegenden Seiten der Leibung und hellt diese deutlich auf.

Die beiden in diesem Licht liegenden Gitterstäbe blenden einen ihrer Ausdehnung und Orientierung entsprechenden Lichtstreifen daraus aus, was sich in entsprechenden Schattenlinien bemerkbar macht. Denkt man sich die beiden Schattenabschnitte auf der oberen Seite der Fensterleibung durch Linien verlängert, so treffen sie sich in der Lichtquelle, also auf dem beleuchteten schmalen Streifen der Fensterleibung (rote Linien auf der Abbildung). Dass der Effekt so deutlich ausfällt, ist auch der großen Intensität des Sonnenlichts zu verdanken. Denn wie es in Goethes „Götz von Berlichingen“ bereits heißt: „Wo viel Licht ist, ist starker Schatten.“

Der blaue Himmel – vieltausendmal

Am Morgen als die Sonne bereits strahlend ihre zu dieser Jahreszeit kurze Bahn zieht, entdecke ich auf einem Feld mit Gründüngerpflanzen den blauen Himmel vieltausendmal in einem Meer von Wassertropfen reflektiert. Die Tropfen haben sich in der Nacht auf den Blättern gebildet, nachdem die Temperatur den Taupunkt unterschritt und der überschüssige Wasserdampf kondensierte.
Jeder Tropfen ist mit einem hellen Punkt markiert, die auf der Oberfläche spiegelnd reflektierte Sonne, so als müsste sie überall ihr Signum setzen. Außerdem wirft jeder Tropfen trotz seiner Lichtdurchlässigkeit einen Schatten, in dem das ausgeblendete Licht zu einem Brennfleck gebündelt ausdruckstark zu Geltung kommt.
Im rechten Bereich des Fotos sind zahlreiche unscharf fotografierte Tropfen zu sehen. Aber auch diese zeigen ein interessantes Unschärfephänomen: Die Sonnenreflexe mutieren zu Ringen. Solche meist ungewünschten Unschärfen werden oft zu künstlerischen Zwecken bewusst herbeigeführt und hören auf den aus dem Japanischen stammenden Namen: bokeh.

Vorauseilender Schatten

Den Schatten eines Kondensstreifens auf einer darunterliegenden Wolken-/Dunstschicht erlebte ich zum ersten Mal vom Fenster des Flugzeugs aus. Ich habe lange rätseln müssen, um den Ursprung der parallel zum Flug verlaufenden dunklen Linie herauszufinden. Die Sonne schien von schräg hinten und von den Kondensstreifen selbst war natürlich nichts zu sehen.
Aber auch von der Erde aus betrachtet, sind die Verhältnisse manchmal gar nicht so leicht zu durchschauen, weil es oft schwer ist die unterschiedlichen Höhen räumlich konsistent miteinander in Einklang zu bringen..

Sonnenfinsternis im Wolkenmeer

Als ich gestern zur vorgesehenen Zeit aus dem Fenster blickte, war die Sonnenfinsternis total: Die Wolken deckten alles ab. Schade. Doch dann wurde es plötzlich hell. Ich ging hinaus und sah den angefressenen Apfel etwa so, wie er auf dem Foto dargestellt ist. Also schnell die Kamera geholt. Als ich zurück war, waren auch die Wolken zurück und die Sonne wieder auf die übliche profane Weise verfinstert.
Einem Freund ging es in Berlin ähnlich nur mit dem entscheidenden Unterschied, dass er noch kurz einen Schnappschuss machen konnte (siehe Foto). Ich finde ihn ausgesprochen schön, weil er die Stimmung perfekt einfängt. Endlich einmal eine Sonnenfinsternis in einem echt irdischen Kontext, die nicht wie auf vielen anderen Darstellungen zu sehen auf exakt geometrische Verhältnisse „reduziert“ ist.
Übrigens schien hier die Sonne anschließend wie zum Hohn noch stundenlang mit voller Intensität. Da ich die Schutzbrille noch zur Hand hatte, habe ich die perfekt gezirkelte helle Scheibe vor dunklem Hintergrund mit großer Ehrfurcht 😉 noch einige Zeit auf mich wirken lassen. Das hat man auch nicht alle Tage, obwohl man es haben könnte.

Etruskische Vase – Sonnenuntergang

In der Absicht, den grünen Strahl zu erwischen, fotografiere ich den Sonnenuntergang. Die Sonne nähert sich dem Horizont und ist kurz davor das Wasser zu berühren. Doch kurz vorher fährt sie noch einen Sockel aus, damit sie nicht allzu sehr von dem zischenden Wasser eingetrübt wird…. 😉
Soweit eine lebensweltliche Interpretation des Gesehenen. Physikalisch sieht es etwas anders aus. Wir haben es mit der Etruskischen Vase zu tun. Zwar ist auch diese Bezeichnung äußerst lebensweltlich geprägt, weil der Anblick Jules Verne (1828 – 1905) zufolge an eine Vase erinnert, sogar an eine etruskische. Das ist zwar schwer nachzuvollziehen, weil etruskische Vasen doch etwas anders aussehen, aber der Terminus hat sich eingebürgert und zumindest jeder „atmosphärische Optiker“ weiß, was gemeint ist.
In Wirklichkeit handelt es sich um eine untere Luftspiegelung. Die Sonne wird beim Untergang durch eine Luftschicht gesehen, deren Temperatur direkt über dem vergleichsweise warmen Wasser höher ist als die kühlere Luft darüber. Dadurch wird das von der Sonne auf diese wärmere Luftschicht fallende Licht so gebrochen, dass es nach oben abgelenkt wird. Wir sehen also die Sonne daher nicht nur auf direktem Wege, auf dem das Licht nur wenig abgelenkt wird, sondern gleichzeitig den unteren Teil durch die Ablenkung in der warmen Luftschicht. Das ist ganz ähnlich wie bei einer Luftspiegelung über dem heißen Asphalt.
In dieser Jahreszeit, in der das Meerwasser noch relativ warm ist, die Luft aber bereits sehr niedrige Temperaturen annehmen kann, ist die Etruskische Vase oder die Omega-Sonne, wie sie aufgrund der Ähnlichkeit mit dem griechischen Buchstaben Omega (Ω) auch genannt wird, vergleichsweise häufig zu beobachten.

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

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

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.