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Warum ist der Himmel blau?

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Warum ist der Himmel blau?

Warum ist der Himmel nicht grün oder gelb? Wenn du das folgendes Experiment machst, dann verstehst du vielleicht warum der Himmel gerade blau ist:

Fülle Wasser in ein Glas und gieße etwa einen Esslöffel Milch dazu. Es entsteht eine leicht getrübte Flüssigkeit. Mache nun das Licht aus und lasse den stark gebündelten Strahl einer Taschenlampe von der Seite aus etwa 2-5 cm Abstand auf das Glas fallen.

Die Flüssigkeit scheint wolkig, weil die winzigen Fetttropfen der Milch den Lichtstrahl in alle Richtungen streuen. (Eine Streuung entsteht, wenn ein Teil eines gebündelten Strahls beim Durchgang durch ein Medium infolge eines Stoßes in alle Richtungen abgelenkt wird.) Aber du sieht noch etwas anderes: Die verdünnte Milch erscheint bläulich.

Das Blau des Himmels entsteht genauso. Das Sonnenlicht strahlt in allen Farben des Regenbogens - blau, gelb, rot und so weiter. Diese Farben mischen sich zu weißem Licht.

Der Strahl der Sonne geht durch die Atmosphäre der Erde, die aus vielen unsichtbaren, kleinen Teilchen, den Molekülen besteht. Dabei verhalten sich die einzelnen Farben ganz unterschiedlich. Das rote und gelbe Licht durchquert die Luft ohne Schwierigkeiten.

Die blauen Anteile des Lichts aber werden durch die winzigen Moleküle in der Luft in alle Richtungen gestreut. Schaut man also an einem klaren Tag in den Himmel, dann sieht man blaues Licht, das an Stickstoff-, Sauerstoff- und Kohlendioxydmolekülen gestreut und dadurch aus den Sonnenstrahlen herausgelöst wurde.

Diesen Effekt nennt man Rayleigh-Streuung nach dem britischen Lord Rayleigh, der das Phänomen entdeckte. Die Rayleigh-Streuung beschreibt, wie sich elektromagnetische Wellen, also Licht, an Atomen oder Molekülen brechen.

Am Tag, wenn die Sonne hoch am Himmel steht, muss das Licht nur eine kurze Strecke durch die Atmosphäre zurücklegen. Dabei werden nennenswerte Lichtanteile nur im kurzwelligen, blauen Spektralbereich gestreut. Dieses Streulicht lässt den Himmel blau erscheinen. Auf dem Mond, wo eine Atmosphäre fehlt, erscheint der Himmel dagegen auch tagsüber schwarz.

Bei niedrigem Sonnenstand ist die Strecke des Sonnenlichts durch die Erdatmosphäre groß. Da ein Großteil der hochfrequenten Lichtanteilen, also blau, schon gestreut wurde, treten die verbliebenen, langen Wellenlängen in Relation stärker zu Tage und der Farbeindruck der Sonne verschiebt sich in Richtung rot.

Es gibt einen zweiten, ähnlichen Effekt: Die Streuung von Licht an Teilchen in Flüssigkeiten oder Gasen an größeren Teilchen, also etwa gelösten Fetttröpfchen in der Milch oder Staubteilchen in der Luft, nennt man Tyndall-Effekt. Der irische Physiker John Tyndall (1820-1893) hat nämlich herausgefunden, dass ein Lichtstrahl beim Durchgang durch ein trübes Medium aufgrund der Streuung von der Seite her sichtbar wird.

Den Tyndall-Effekt nutzt man in Rauchmeldern. Bei klarer Luft wird kein Licht gestreut. Trübt Rauch die Luft dann wird Licht seitlich gestreut und ein Detektor kann es auffangen und Alarm schlagen.

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