Sonnenstrahlen

Rätselfoto des Monats Februar 2022

Wie kommt es zu den Strukturen im Eiszapfen?

Erklärung des Rätselfotos des Monats Januar 2022
Frage: Wie kommt es zu den weißen Nadeln?
Antwort: Diese filigranen und gegen Berührung sehr sensiblen Kunstwerke der Natur entstehen, wenn die Temperatur einige Grade (-8 °C) unter Null liegt und die Wasserdampfkonzentration sehr hoch ist (relative Feuchte über 90%).
In der Nähe von kalten Gegenständen überschreitet die relative Feuchte 100 % und die überschüssigen Wasserdampfmoleküle tendieren unter derartigen Bedingungen dazu, sich an kalten Gegenständen niederzulassen und sich auf diese Weise am Aufbau von Eiskristallen zu beteiligen (Resublimation). Am günstigsten sind die Stellen, an denen sich bereits kleine Kristalle befinden. Daran docken die Moleküle an und die Kristalle wachsen wie in diesem Fall meist nadelartig nach außen dem Nachschub entgegen. Dieser wird mit dem Wind herbeigeführt.
Eis ist an sich transparent. In Form winziger Kristalle reflektiert es die von den Objekten ausgehenden Lichtstrahlen jedoch in alle Richtungen, sodass die nachbarschaftlichen Beziehungen zwischen ihnen verlorengehen und damit die Transparenz durch ein zauberhaftes Weiß ersetzt wird (Lichtstreuung).

Streuexperimente in der Natur

In den letzten Wochen machen vermehrt morgendliche Nebel darauf aufmerksam, dass der Sommer zuende geht und der Herbst heimlich, still und leise Einzug hält. Wenn die Nebel nicht allzu dicht und hoch sind, hat die Sonne die Gelegenheit, ihrer Sichtbarkeit mit Hilfe der winzigen Wassertröpfchen, aus denen der Nebel besteht, eine besonders eindrucksvolle Form zu geben, nämlich als Sonnenstrahlen. Dieser Begriff ist ein wenig irreführend, weil er suggeriert, als würde man die Strahlen der Sonne, die an ganz anderen Stellen den Boden treffen von der Seite oder schräg von vorn sehen. Das ist so aber nicht richtig. Denn wir sehen nur Gegenstände, dessen Licht direkt in unsere Augen fällt. Allerdings gehen die von Löchern im Blätterdach der Bäume aus dem Sonnenlicht herausgefilterte Strahlen nicht ungehindert durch den Nebel. Sie treten in Wechselwirkung mit den Wassertröpfchen und werden dabei vor allem nach vor und seitlich abgelenkt (Mie-Streuung, Tyndall-Effekt). Auf diese Weise gelangt das Licht der Sonne in unsere Augen, ohne dass wir in die Sonne blicken. Wir sehen die Sonnenstrahlen also nur indirekt dadurch, dass die Tröpfchen oder auch andere Aerosole in der Atmosphäre das Sonnenlicht ablenken. Den Effekt der Vorwärts- und Seitwärtsstreuung kann man erkennen, wenn man um die „Sonnenstrahlen“ herumgeht und feststellt, dass sie von vorn gesehen am intensivsten strahlen, zur Seite hin immer schwächer werden und von hinten meist gar nicht mehr zu sehen sind.
In vielen Fällen kann man dort, wo die Strahlenbündel der Sonne auf dem Boden auftreffen, ovale Lichtflecken sehen – Sonnentaler.

Stockwerke des Himmels

„Stockwerke des Himmels“ sind mir immer mal wieder in mythologischen und religiösen Texten begegnet. Ich konnte mir das bislang nicht so recht vorstellen – bis ich diesen Sonnenuntergang erlebte, in dem die Sonne von einem Stock in den nächst niedrigeren stieg… 😉

Physikalisch gesehen ist die Sache indes klar. Wolkenbänke treiben auf die Küste zu. Aufgrund der perspektivischen Verkürzung erscheinen sie zu schmalen Bändern gestaucht, durch die die Sonnenstrahlen hindurchbrechen. Auch das scheinbare Auseinanderlaufen der Strahlen ist ein Perspektiveneffekt.

Das Licht und die Dinge

„Als er erwachte, schien die Sonne auf sein Bett: Er schüttelte die Decke zurecht, legte sich zurück und blickte in die Welt der Sonnenstäubchen, die er aufgewirbelt hatte. Lichtenberg fiel ihm ein: «Was man so prächtig Sonnenstäubchen nennt, sind doch eigentlich Dreckstäubchen.» Ihr glänzendes Treiben vor dem Hintergrund des dunklen Schrankes erinnerte ihn an die Bewegungen von Schwärmen aufgescheuchter Fische. Nach und nach werden sie ruhiger und einig in einem ganz langsamen Herniedersinken, er wundert sich, wie langsam. Manche flimmerten dabei, im Wechsel hell aufblitzend und erlöschend, und er dachte gleich an die Art, wie manche Blätter drehend fallen, so dass einmal eine glänzende Breitseite, dann wieder eine unscheinbare Kante in den Blick kommt. So verrieten diese Stäubchen ihre winzige Schuppengestalt ohne doch ihren Umriss sehen zu lassen.
Allmählich wurde sein Blick aber nicht mehr von den einzelnen Sternchen angezogen, sondern vom Ganzen ihrer Wolke, deren Grenzen er freilich nicht überschauen konnte: Er klopfte wieder auf die Decke, und aus dem Hellen trieben die Stäubchen verlöschend ins Finstere. Anderswo strömten dafür aus der Dunkelheit neue ein in den auserwählten Bereich, der aus grauem Staub silberne Sterne machte. Das ganze Zimmer musste voll von diesen Stäubchen schweben, aber leuchten durften sie nur in dem Lichtbalken, der starr und wie gleichgültig im Raume stand, während sie ihn durchspielten. Nicht gerade frei, aber doch anmutig ihrer Führung folgend: zwei Führungen: der immer neu gestalteten Strömung – fächerig oder wirbelnd – die eines ans nächste band, und der eintönigen allen gemeinsamen Nötigung des Fallens. Aber der Lichtbalken stand unbewegt.
Solange die Sonne schien! Eine Wolke trat vor sie, und alles erlosch. Der starre Balken und sein lockeres Sterngetriebe, zugleich mussten sie vergehen. Denn sie waren gar nicht zweierlei, das sah er jetzt. Ohne Lichtbalken gab es die Stäubchen nicht zu sehen, und ohne die Sternchen war kein Lichtbalken da. So also, sagte er sich, ist das Licht: An sich selber ist es nicht zu sehen, nur an den Dingen; und auch die Dinge sind aus sich selber nicht zu sehen, sondern nur im Licht.“* Weiterlesen →

Parallele Dämmerungsstrahlen

Die aus Richtung der untergehenden Sonne ausgehenden dunklen Strahlen könnte man als inverse Dämmerungsstrahlen ansehen. Dämmerungsstrahlen entstehen dadurch, dass das von der Sonne ausgehende Licht durch massive Wolken weitgehend abgeblendet wird und nur durch eng begrenzte Wolkenlücken gelangt. Diese Lichtbündel werden an Partikeln der trüben Luft (Wassertröpfchen, Staubteilchen) in alle Richtungen gestreut also auch zum Betrachter hin, der das Sonnenlicht auf diese Weise indirekt zu Gesicht bekommt. Er sieht also in Wirklichkeit zahlreiche winzige Teilchen auf dem Weg der Sonnenstrahlen leuchten. Weiterlesen →

Sonnenstrahlen im Winter

Was man im Sommer nur am frühen Morgen erlebt, ereignet sich im Winter auch mal um die Mittagszeit: Sonnenstrahlen die fast waagerecht von der Seite kommen. Vorausgesetzt die Sonne scheint und es ist auch mittags noch dunstig. Weiterlesen →

Zur Gestaltungskraft eines Sonnenuntergangs

Abendsonne

Spitz der Winkel, schräg der Strahl,
Dennoch voll Gestaltungskraft
Malt die Sonne Berg und Tal
Mit verträumter Leidenschaft.

Dunkler wird, was dunkel war,
Heller leuchtet sattes Blau.
Wolkenweiß vergilbt sogar,
Kälte neigt zu mildem Lau.

Kurz nur zeigt sich dieses Spiel,
Kohlefarben wird das Grau.
Dann verschwimmt das Augenziel.
Ende einer großen Schau.

Ingo Baumgartner (1944 – 2015)

Sonnenlicht durchstrahlt den Morgennebel

Vor ein paar Stunden war es in dieser feuchten Niederung noch sehr nebelig. In dem Maße, wie die Sonne die Luft erwärmt, löst sich der Nebel auf. Die Luft wird langsam klar. Allerdings hauchen die  Lichtbündel, die durch die Lücken in den Bäumen aus dem Sonnenschein herausgeschnittenen werden, dem restlichen Nebel neues Leben ein. Denn dort wird das intensive Sonnenlicht an den verbleibenden kleinen Wassertröpfchen gestreut und zwar aufgrund ihrer Größe vor allem in Vorwärtsrichtung. Weiterlesen →

„Die Welt muss romantisiert werden“

Die graue Wolke steigt im Sonnenschein
So hellbesegelt wie ein Schiff im Blau,
Der trübe Dunst wird Licht im Sonnen Auge:
Der Sonne Malerblick weiß alles zu verschmelzen,
Aus Meer und Wolken zieht sie helle Strahlen,
In träger Nacht die Geisterwelt zu malen;
Ganz unbemerkt entfaltet sich das Schöne,
Unendlich ward ein Frühling allen Sinnen. Weiterlesen →

Wasserziehen der Sonne

„Wohl kam Pfingsten näher und näher, aber zu der Schwüle, die unbekannt und unsichtbar über des Jünglings Herzen hing, gesellte sich noch eine andere über dem ganzen Dorfe drohend, ein Gespenst, das mit unhörbaren Schritten nahte; Weiterlesen →

Nebel mit Baumkorona

Morgendlicher Nebel und eine gerade aufgegangene strahlende Sonne verheißen einen schönen Tag. Ich wandere der Sonne entgegen und muss den Blick wegen der starken Blendung senken. Das Gras ist noch weitgehend vom Raureif überzuckert, eine Pracht, die der höher steigenden Sonne bald zum Opfer fallen wird.
Jetzt vergittern einige noch winterlich nackte Bäume die Sicht. Die Sonne bricht durch das Geäst und lässt den Nebel dort in lebhaften Farben erstrahlen. Ich stelle mich so hin, dass die Sonne selbst durch einen Ast ausgeblendet wird. Weiterlesen →

Im Jahr des Lichts (19) – Ein doppelter Sonnenuntergang

Vor einigen Tagen konnte ich den Sonnenuntergang zweimal hintereinander erleben. Eine Momentaufnahme von diesem Szenario ist in dem nebenstehenden Foto zu sehen ist. Die Sonne verschwindet zunächst hinter einer Wolkendecke und schickt einige eindrucksvolle Dämmerungsstrahlen über den leicht bedeckten Himmel. Diese scheinbaren – und scheinbar divergenten – Strahlen kommen dadurch zustande, dass der größte Teil des Sonnenlichts durch die Wolken blockiert wird. Weiterlesen →

Nicht leicht zu durchschauende Lichtgitter

Schlichting, H. Joachim. In: Physik in unserer Zeit 38/1 (2007) 46

Ein Spaziergang am Morgen, wenn das Wasser des Teichs noch leicht vom Nebel der kühlen Nacht verhangen ist, gibt manchmal zu einem eindrucksvollen Lichtschauspiel Anlass. Wenn die Sonne sich nämlich langsam Bahn bricht und ihr Licht an dem in der kühlen Nacht entstandenen Nebel gestreut wird, können unter günstigen Bedingungen interessante, auf den ersten Blick nicht zu durchschauende Lichtgitter entstehen.

PDF: Nicht leicht zu durchschauende Lichtgitter