Warum ist der Himmel blau?

In der Nacht ist der Himmel schwarz. Am Tag ist er blau. Dies ist nur auf dem Planeten Erde der Fall, dessen Atmosphäre mit ihren besonderen optischen Eigenschaften das Sonnenlicht hauptsächlich im blauen Bereich streut.

Vom Mond aus sieht der Himmel schwarz aus, sodass man zu jeder Tageszeit die Erde, die Sonne und die anderen Gestirne gut erkennen kann. Von unserem Planeten aus ist die Sicht anders. Der Himmel ist blau oder weiß, wenn Wolken vorhanden sind, oder sogar grau, wenn ein Gewitter in der Nähe ist. Diese Farben sind einfach auf unsere Atmosphäre zurückzuführen, deren Moleküle bestimmte Wellenlängen der Sonnenstrahlung absorbieren.

Rayleigh für das Blau des Himmels

Jedes Teilchen in der Atmosphäre ist ein Hindernis für die Sonnenstrahlung. Das Licht trifft darauf und wird in alle Richtungen gestreut. Es gibt zwei Mechanismen der Streuung: Der eine ist auf die Wellennatur der Sonnenstrahlung zurückzuführen, der andere auf die Brechung der Strahlen, die mit der geometrischen Optik zusammenhängt.

Wenn der Himmel blau ist, liegt das an der sogenannten Rayleigh-Streuung. Sie beschreibt die Streuung des Lichts an Partikeln, deren Radius im Vergleich zur Wellenlänge der Sonnenstrahlung sehr klein ist. Die gestreute Intensität ist laut Rayleigh umgekehrt proportional zur Wellenlänge (um einen Faktor hoch vier). Das bedeutet vereinfacht gesagt, je kürzer die Wellenlänge der Strahlung ist, desto stärker wird sie gestreut. Da das einfallende Licht also weiß ist, wird Blau (mit einer Wellenlänge von 400 nm) in der Atmosphäre viel stärker gestreut als Rot (mit einer Wellenlänge von 800 nm).

Mie für das Weiß der Wolken

Die Moleküle, die klein genug sind, um den Rayleigh-Mechanismus zu ermöglichen, sind die Moleküle der Luft. Da sie in der Atmosphäre die Mehrheit bilden, sind sie für das vorherrschende Blau am Himmel verantwortlich. Wenn jedoch Wassertropfen oder Aerosole vorhanden sind, tritt die Rayleigh-Streuung nicht mehr auf. In diesem Fall ist die Mie-Streuung verantwortlich. Diese beweist, dass bei diesen Molekülgrößen das gestreute Licht die spektralen Eigenschaften des einfallenden Lichts beibehält. Das ist der Grund, warum die Wolken weiß sind.

Urhebender Autor: Par Delphine Bossy