Farben des Himmels und des Meeres
Die Farben des Himmels
Die Helligkeit und die Farben des Himmels kommen durch die Wechselwirkung des Sonnenlichts mit der Atmosphäre zustande. Auf dem Mond, wo es keine Atmosphäre gibt, ist der Himmel schwarz.
Sonnenlicht ist aus allen Spektralfarben (Regenbogenfarben) zusammengesetzt. Das Spektrum reicht von Rot über Orange, Gelb, Grün, Blau bis zu Violett. Das rote Licht hat die längste Wellenlänge, das violette die kürzeste.
Die Atmosphäre besteht aus den Molekülen, aus denen die Luft besteht (Stickstoff, Sauerstoff, Ozon und in geringem Maß anderen) und aus Teilchen unterschiedlicher Größe, die Dunst, Nebel oder Wolken bilden.
Trifft Licht auf ein Teilchen, dann wird es in alle Richtungen verteilt. Dieser Prozess heißt Streuung. Wie die Streuung abläuft, hängt von der Wellenlänge des Lichts und der Größe des Teilchens ab.
1. Luftmoleküle und Teilchen, die viel kleiner sind als die Wellenlänge des Lichts, also kleiner als zehntausendstel Millimeter. Das Licht wird fast gleichmäßig in alle Richtungen gestreut. Dabei wird das kurzwellige violette und blaue Licht viel stärker in alle Richtungen verteilt als das rote Licht.
2. Teilchen, die mindestens so groß oder größer sind als die Wellenlänge des Lichts. Die Wellenlänge spielt kaum noch eine Rolle, das Licht wird überwiegend nach vorn gestreut.
Rund um die Sonne ist der Himmel blendend weiß. Das weiße Sonnenlicht wird durch größere Teilchen nach vorn gestreut. Wie groß der helle Schein ist, hängt vor allem von der Dichte der Teilchen ab.
Blickt man in Richtungen weiter weg von der Sonne, dann ist der Himmel blau. Ohne Atmosphäre wäre er schwarz. Aber die vom Sonnenlicht beleuchteten Luftmoleküle streuen einen Teil des Lichts in alle Richtungen und auch in unsere Augen. Dabei wird das blaue Licht viel stärker zu den Seiten gestreut als das rote. Unsere Augen empfangen überwiegend blaues und violettes Licht- der Himmel erscheint blau. Im Zenit ist der Weg des Lichts durch die Atmosphäre am kürzesten. Bei niedrigem Sonnenstand ist der Zenit deshalb am dunkelsten blau. Zusätzlich kommt die blaue Farbe des Zenit durch blau leuchtende Ozonmoleküle zustande.
Anmerkung: Die Fotos 3 bis 7 wurden im Spätherbst 1991 aufgenommen. Im Juni 1991 ist der Vulkan Pinatubo ausgebrochen. Dabei schleuderte er 17 Millionen Tonnen Schwefeldioxid in die Atmosphäre. Feine Schwefelsäuretröpfchen verteilten sich in den folgenden Monaten mit den Jetstreams über die ganze Erde. Sie führten zu einem globalen Temperaturabfall von 0,5 °C und zu sehr ausgeprägtem Abendrot rund um die Erde. Die einzelnen Phasen des Abendhimmels waren besonders gut zu beobachten und zu fotografieren
Nähert sich die Sonne dem Horizont, dann wird der Weg des Lichts durch die Atmosphäre immer länger. Es wird immer mehr kurzwelliges violettes und blaues Licht zur Seite weg gestreut, das gelbe und rote Licht bleibt übrig. Die Sonne selbst und der helle Schein um die Sonne färben sich erst gelb (wenn violett im Spektrum fehlt), dann orange (wenn auch blau weitgehend fehlt) und schließlich rot (wenn auch das grüne Licht fehlt).
Dicht über dem Horizont gibt es am meisten Dunst. Dieser streut zunächst das gelbe, dann orange und rote Licht in alle Richtungen. So bildet sich schon vor Sonnenuntergang ein gelber, orange oder roter Streifen über weite Teile des östlichen Horizonts.
Nach Sonnenuntergang sinkt der helle Schein mit der Sonne nach unten und färbt sich gelb. Etwa 20 Minuten nach Sonnenuntergangbeginnt der Himmel über dem hellen Schein oft rötlich zu leuchten. Das Hauptpurpurlicht kommt durch größere Teilchen in 10 bis 20 km Höhe zustande, die das rote Abendlicht überwiegend nach vorn streuen. Das Hauptpurpurlicht ist nicht immer zu sehen. Aber manchmal ist es so hell, dass es den unteren Teil des Erdschattens beleuchtet und rötlich erscheinen lässt.
Schon vor dem Sonnenuntergang und bis zu einer Stunde danach beleuchtet das rote Sonnenlicht den östlichen Teil der Atmosphäre. Diese streut einen Teil des roten Lichtes zurück wie eine Filmleinwand und leuchtet in pastellfarbenem rötlichen Licht. Je tiefer die Sonne sinkt, um so höher steigt das Gegenabendrot im Osten.
Schon kurz nach Sonnenuntergang schiebt sich ein dunkler erst grauer, dann blaugrauer Streifen vor das Gegenabendrot und steigt allmählich nach oben. Dies ist der Schatten der Erde. Den Schattenbereich kann das Sonnenlicht nicht mehr beleuchten, weil die Erde im Weg steht. Der Erdschatten ist bläulich, weil er von dem noch blauen Himmel in Zenitnähe beleuchtet wird.
Das Absinken des Abendrots im Westen und das Aufsteigen des Gegenabendrots im Osten wurden von Rilke mit folgenden Gedichtzeilen beschrieben:
Der Abend wechselt langsam die Gewänder,
die ihm ein Rand von alten Bäumen hält;
du schaust: und vor dir scheiden sich die Länder,
ein himmelfahrendes und eins, das fällt.
– Rainer Maria Rilke
Die Farben des Meeres – Blau und Grün
Die Farben des Meeres
Für die Farben des Meeres sind verschiedene physikalische Prozesse verantwortlich.
Trifft Licht auf eine Wasserfläche, so wird ein Teil reflektiert, der Rest dringt ins Wasser ein. Für die Reflexion gilt das Reflexionsgesetz: Einfallswinkel = Reflexionswinkel. Der reflektierte Teil ist umso stärker, je flacher das Licht auftrifft. (Bild 1)
Bei spiegelglatter See wird das Licht von horizontnahen Teilen des Himmels fast vollständig reflektiert und färbt das Wasser in den Farben des Himmels. Ist das Meer von Wellen bedeckt, so blicken wir beim Blick in die Ferne nur auf die uns zugewandten Flanken der Wellen.(Bild 2) Diese lenken Licht aus höheren, dunkelblauen Teilen des Himmels in unsere Augen. Dazu kommt, dass dieses Licht steiler auf die Wellenflanke auftrifft und ein größerer Teil in das Wasser eindringt, also nur ein kleinerer Teil reflektiert wird. Auch durch diesen Effekt erscheinen die Wellenflanken, auf die wir blicken, dunkler.
Dringt Licht von der Sonne oder den Wolken ins Wasser ein, dann wird es von den Wassermolekülen und von Schwebstoffen wie winzigen Sandteilchen oder Plankton vielfach gestreut. Es ändert immer wieder seine Richtung und ein Teil gelangt wieder zurück in unsere Augen. Auf dem Weg durch das Wasser verändert sich seine Farbe.
Wassermoleküle und winzige Schwebteilchen streuen das kurzwellige violette und blaue Licht viel stärker als das langwellige rote Licht. Gleichzeitig wird das langwellige Licht viel stärker absorbiert (und seine Energie als Wärmestrahlung abgegeben) als das kurzwellige Licht. Beide Effekte führen dazu, dass das Meerwasser oft blau erscheint.
Ist das Meer höchstens wenige Meter tief, so beeinflusst auch die Farbe des Meeresbodens die Farbe des Meeres. Das eingedrungene Licht wird am Meeresboden zum Teil absorbiert, zum Teil zurückgestreut. Gelber Sand streut z.B. gelbes Licht zurück. Ein teil dieses Lichts fällt durch die Meeresoberfläche in unsere Augen.
Meistens ergibt sich durch das Zusammenspiel der drei Mechanismen eine Mischfarbe. So erscheint das Meer bei blauem Himmel über einer Sandbank grünlich, weil sich das reflektierte blaue Licht des Himmels mit dem gelben Licht des Sandes vermischt.
Die Farben des Meeres – gelb, orange und rot
Für die Farben des Meeres sind verschiedene physikalische Prozesse verantwortlich.
Trifft Licht auf eine Wasserfläche, so wird ein Teil reflektiert, der Rest dringt ins Wasser ein. Für die Reflexion gilt das Reflexionsgesetz: Einfallswinkel = Reflexionswinkel. Der reflektierte Teil ist umso stärker, je flacher das Licht auftrifft. (Bild 1)
Bei spiegelglatter See wird das Licht von horizontnahen Teilen des Himmels fast vollständig reflektiert und färbt das Wasser in den Farben des Himmels. Ist das Meer von Wellen bedeckt, so blicken wir beim Blick in die Ferne nur auf die uns zugewandten Flanken der Wellen.(Bild 2) Diese lenken Licht aus höheren, dunkelblauen Teilen des Himmels in unsere Augen. Dazu kommt, dass dieses Licht steiler auf die Wellenflanke auftrifft und ein größerer Teil in das Wasser eindringt, also nur ein kleinerer Teil reflektiert wird. Auch durch diesen Effekt erscheinen die Wellenflanken, auf die wir blicken, dunkler.
Dringt Licht von der Sonne oder den Wolken ins Wasser ein, dann wird es von den Wassermolekülen und von Schwebstoffen wie winzigen Sandteilchen oder Plankton vielfach gestreut. Es ändert immer wieder seine Richtung und ein Teil gelangt wieder zurück in unsere Augen. Auf dem Weg durch das Wasser verändert sich seine Farbe.
Wassermoleküle und winzige Schwebteilchen streuen das kurzwellige violette und blaue Licht viel stärker als das langwellige rote Licht. Gleichzeitig wird das langwellige Licht viel stärker absorbiert (und seine Energie als Wärmestrahlung abgegeben) als das kurzwellige Licht. Beide Effekte führen dazu, dass das Meerwasser oft blau erscheint.
Ist das Meer höchstens wenige Meter tief, so beeinflusst auch die Farbe des Meeresbodens die Farbe des Meeres. Das eingedrungene Licht wird am Meeresboden zum Teil absorbiert, zum Teil zurückgestreut. Gelber Sand streut z.B. gelbes Licht zurück. Ein teil dieses Lichts fällt durch die Meeresoberfläche in unsere Augen.
Meistens ergibt sich durch das Zusammenspiel der drei Mechanismen eine Mischfarbe. So erscheint das Meer bei blauem Himmel über einer Sandbank grünlich, weil sich das reflektierte blaue Licht des Himmels mit dem gelben Licht des Sandes vermischt.
Nebel und dunkle Wolken
Für die Farben des Meeres sind verschiedene physikalische Prozesse verantwortlich.
Trifft Licht auf eine Wasserfläche, so wird ein Teil reflektiert, der Rest dringt ins Wasser ein. Für die Reflexion gilt das Reflexionsgesetz: Einfallswinkel = Reflexionswinkel. Der reflektierte Teil ist umso stärker, je flacher das Licht auftrifft. (Bild 1)
Bei spiegelglatter See wird das Licht von horizontnahen Teilen des Himmels fast vollständig reflektiert und färbt das Wasser in den Farben des Himmels. Ist das Meer von Wellen bedeckt, so blicken wir beim Blick in die Ferne nur auf die uns zugewandten Flanken der Wellen.(Bild 2) Diese lenken Licht aus höheren, dunkelblauen Teilen des Himmels in unsere Augen. Dazu kommt, dass dieses Licht steiler auf die Wellenflanke auftrifft und ein größerer Teil in das Wasser eindringt, also nur ein kleinerer Teil reflektiert wird. Auch durch diesen Effekt erscheinen die Wellenflanken, auf die wir blicken, dunkler.
Dringt Licht von der Sonne oder den Wolken ins Wasser ein, dann wird es von den Wassermolekülen und von Schwebstoffen wie winzigen Sandteilchen oder Plankton vielfach gestreut. Es ändert immer wieder seine Richtung und ein Teil gelangt wieder zurück in unsere Augen. Auf dem Weg durch das Wasser verändert sich seine Farbe.
Wassermoleküle und winzige Schwebteilchen streuen das kurzwellige violette und blaue Licht viel stärker als das langwellige rote Licht. Gleichzeitig wird das langwellige Licht viel stärker absorbiert (und seine Energie als Wärmestrahlung abgegeben) als das kurzwellige Licht. Beide Effekte führen dazu, dass das Meerwasser oft blau erscheint.
Ist das Meer höchstens wenige Meter tief, so beeinflusst auch die Farbe des Meeresbodens die Farbe des Meeres. Das eingedrungene Licht wird am Meeresboden zum Teil absorbiert, zum Teil zurückgestreut. Gelber Sand streut z.B. gelbes Licht zurück. Ein teil dieses Lichts fällt durch die Meeresoberfläche in unsere Augen.
Meistens ergibt sich durch das Zusammenspiel der drei Mechanismen eine Mischfarbe. So erscheint das Meer bei blauem Himmel über einer Sandbank grünlich, weil sich das reflektierte blaue Licht des Himmels mit dem gelben Licht des Sandes vermischt.
Das Meer ist bis auf die Welle im Vordergrund ganz glatt und wirkt als perfekter Spiegel. Dicht unter dem Horizont spiegeln sich die Teile des Himmels, die dicht über dem Horizont liegen. Durch das Fehlen von Kontrasten ist der Horizont nicht zu erkennen, obwohl die Luft ganz klar ist.
