Der Himmel erscheint tagsüber blau, weil Sauerstoff- und Stickstoffmoleküle das kurzwellige blaue Sonnenlicht deutlich stärker streuen als langwellige Farben. Diese Rayleigh-Streuung verteilt Blau über die gesamte Himmelskuppel, während Rot weitgehend ungehindert den Blick zur Sonne passiert.
Wie entsteht das blaue Himmelslicht?
Sonnenlicht enthält alle sichtbaren Wellenlängen, die gemeinsam das weiße Licht bilden. Sobald die Photonen auf Luftmoleküle treffen, lenken diese die Lichtteilchen ab. Dabei steigt die Streu-Intensität umgekehrt proportional zur vierten Potenz der Wellenlänge. Aus diesem Grund streuen die Moleküle das blaue Licht (≈ 450 nm) fast zehnmal stärker als das rote Licht (≈ 700 nm), welches größtenteils ungestört weiterläuft.
Wenn die Sonne tief am Horizont steht, muss ihr Licht eine deutlich längere Strecke durch die Atmosphäre zurücklegen. Dabei wird das kurzwellige Blau fast vollständig aus dem direkten Strahl herausgestreut, sodass es den Beobachtenden nicht mehr erreicht. Übrig bleiben die langwelligeren Rot- und Orangetöne, welche den Himmel während des Sonnenauf- und -untergangs intensiv färben.
Welche Faktoren beeinflussen die Farbwirkung?
- Mie-Streuung an Staubpartikeln erzeugt bei Smog einen milchig-grauen Himmel.
- Wolken wirken weiß, weil Wassertröpfchen alle Farben ähnlich stark streuen.
- In großer Höhe sinkt die Moleküldichte, das Blau erscheint dunkler.
- Auf Planeten mit anderer Gaszusammensetzung können ganz andere Himmelsfarben entstehen.
- Ozon filtert UV-Licht, beeinflusst das sichtbare Blau aber kaum.
Was ist die Rayleigh-Streuung?
Die Rayleigh-Streuung beschreibt die Streuung von Licht an sehr kleinen Teilchen, die deutlich kleiner als die Wellenlänge des Lichts sind, wobei es sich meist um Moleküle in der Atmosphäre handelt. Da dieses physikalische Phänomen wellenlängenabhängig ist, gilt: Je kürzer die Wellenlänge, desto stärker streuen die Moleküle das Licht. Aus diesem Grund lenken sie blaues Licht (mit einer Wellenlänge von etwa 450 Nanometern) deutlich intensiver ab als rotes Licht (etwa 700 Nanometer), das hingegen nahezu ungehindert durch die Atmosphäre strahlt.
Die Wirkung der Rayleigh-Streuung zeigt sich bei senkrechtem Sonnenlicht besonders deutlich, denn in diesem Fall streuen die Moleküle das blaue Licht in alle Richtungen und verteilen es dadurch gleichmäßig über das gesamte Himmelsgewölbe. Bei Sonnenauf- oder -untergang durchquert das Licht dagegen eine deutlich dickere Luftschicht, wodurch das kurzwelligere Blau so stark gestreut wird, dass es den Beobachter kaum noch erreicht. Infolgedessen bleibt das langwelligere Rot sichtbar. Auf diese Weise erklärt das Prinzip sowohl das blaue Licht am Tag als auch das rötliche Leuchten am Morgen und Abend.
Vorteile der Rayleigh-Streuung
- Natürlicher Indikator für Luftreinheit und Wetterlage.
- Bietet Fotograf*innen die „Blaue Stunde“ für stimmungsvolle Aufnahmen.
- Liefert Forschenden optische Daten zur Atmosphärenanalyse.
Nachteile der Rayleigh-Streuung
- Erschwert astronomische Beobachtungen am Tag.
- Hohe Aerosol-Belastung bleicht das Blau aus und verringert Sichtweiten.
- Diffuse Helligkeit kann Blendung und Kontrastprobleme für Piloten verursachen.
Verwechslungsgefahr: ähnliche Phänomene
- Lichtbrechung (Regenbogen).
- Lichtabsorption wie beim blauen Meerwasser.
- Farbstoffe oder Pigmente – der Himmel hat keine Eigenfarbe.
FAQ zu: Warum ist der Himmel blau?
- Warum sehen wir kein Violett?
- Violett wird noch stärker gestreut, doch das Sonnenlicht enthält weniger davon und unsere Augen reagieren weniger empfindlich.
- Warum färbt sich der Himmel abends rot?
- Bei tiefem Sonnenstand durchquert das Licht mehr Luft; das kurzwellige Blau wird nahezu vollständig gestreut, Rot bleibt übrig.
- Warum erscheinen Wolken weiß?
- Wassertröpfchen sind größer als Lichtwellen und streuen das gesamte Spektrum ähnlich stark, dadurch entsteht Weiß.
- Warum wird das Blau in großer Höhe dunkler?
- Mit sinkendem Luftdruck nimmt die Moleküldichte ab, es tritt weniger Streuung auf und der Himmel erscheint tiefer blau.
- Warum beeinflusst Smog die Himmelsfarbe?
- Schwebstaubpartikel erhöhen die Mie-Streuung, verwischen das Blau und reduzieren die Farbsättigung.
- Warum ist der Nachthimmel schwarz?
- Ohne Sonnenlicht findet keine Rayleigh-Streuung statt, wir blicken in den dunklen Weltraum.
Seriöse Quellen
- Deutscher Wetterdienst: Warum ist der Himmel blau?
- Welt der Physik: Himmelsblau und Abendrot
- Spektrum.de: Rayleigh-Streuung