12
Oct
2015

Farbspektakel am Himmel

Bei geeigneten Wetterbedingungen kann oftmals das Morgen- oder Abendrot beobachtet werden. Wie kommt es, dass der tagsüber noch azurblaue Himmel beim abendlichen Sonnenuntergang in einem malerischen Rot erscheint? Was sind die physikalischen Hintergründe dieses Phänomens?

Dieses Phänomen beruht auf den physikalischen Gesetzen der Lichtstreuung. Im physikalischen Sinne stellt das Licht eine elektromagnetische Welle dar. Diese Welle wird durch kleine Hindernisse von ihrer ursprünglichen Ausbreitungsrichtung abgelenkt, was als Streuung bezeichnet wird. In der Atmosphäre stellen diese Hindernisse z. B. Luftmoleküle, Aerosolteilchen (Ruß, Staub, Sandkörner, etc.) oder kleinste Wassertröpfchen dar. Der Streuprozess ist zum einen abhängig von der Wellenlänge des Lichtes und zum anderen vom Verhältnis der Wellenlänge zur Größe der Partikel, an denen das Licht gestreut wird.

Im speziellen Fall der Blaufärbung des Himmels oder bei der Entstehung des Abendrots wird das Licht an Luftmolekülen gestreut, deren Durchmesser viel kleiner ist als die Wellenlänge des Lichtes. Dieser Prozess wird durch die klassische Theorie nach Rayleigh beschrieben. Diese besagt unter anderem, dass die Stärke der Streuung des Sonnenlichtes umgekehrt proportional zur 4. Potenz der Wellenlänge ist. Vereinfacht gesagt bedeutet dies, dass die kurzwellige Sonnenstrahlung sehr viel stärker gestreut wird als die langwellige Strahlung. In der Atmosphäre gibt es neben kleinen Staubpartikeln, Wassertröpfchen und sonstigen Fremdstoffen, vor allem kleine Gasmoleküle wie z. B. Stickstoff. Die Konzentration dieser Gasmoleküle ist in der Atmosphäre gleichmäßig verteilt. Zudem liegt der Durchmesser dieser Moleküle im Pikometer-Bereich (Pikometer ist ein milliardstel Millimeter) und ist damit im Vergleich zur Wellenlänge des Sonnenlichts (Nanometer-Bereich, ein millionstel Millimeter) um einen Faktor 1000 kleiner. Somit sind die oben beschriebenen Voraussetzungen der Rayleigh-Streuung erfüllt.

Das Sonnenlicht, welches wir als weißes Licht wahrnehmen, stellt eine Mischung aller farbigen Anteile (Spektralfarben) dar. Dabei weist der blaue Anteil die kleinste und der rote Anteil die größte Wellenlänge auf. Tagsüber müssen die Sonnenstrahlen nur einen vergleichsweise kurzen Weg durch die Atmosphäre zurücklegen. Somit gelangen alle Farbanteile des gestreuten Lichts direkt oder indirekt zum Beobachter am Erdboden, wobei der blaue Anteil der Sonnenstrahlung am stärksten gestreut wird. Daraus resultiert die Blaufärbung des Himmels. Bei Sonnenaufgang und -untergang muss die Sonnenstrahlung einen sehr langen Weg durch die Atmosphäre bis hin zum Beobachter zurücklegen. Bis das Licht den Betrachter erreicht, wird bereits ein Großteil des blauen Lichts heraus gestreut. Deshalb gelangt überwiegend der rote und gelbe Anteil des Sonnenlichts bis zum Beobachter und führt schlussendlich zu einem roten Erscheinungsbild der Sonne bzw. zur rötlichen Einfärbung des Himmels am Horizont. Besonders spektakulär ist es, wenn Wolken oder Berge (Alpenglühen) von diesem roten Sonnenlicht beleuchtet werden und so das Abend- bzw. das Morgenrot intensiver erscheinen lassen.

Richten Sie doch heute Abend einfach den Blick in Richtung Westen, vielleicht haben Sie bei geeigneten Wetterbedingungen das Glück das Abendrot zu beobachten.

M.Sc.-Met. Andreas Würtz
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 11.10.2015

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