Wer hat noch nie einen Regenbogen gesehen? Wir beobachten dieses schöne Wetterphänomen im Regen, und es zieht immer unsere Aufmerksamkeit auf sich. Es ist ein weit verbreiteter Gedanke, dass ein heller, mehrfarbiger Regenbogen nur vor dem Ende des Regens erscheint. Das stimmt nicht.
Ein Regenbogen kann sogar erscheinen, bevor der Regen beginnt. Sie können einem Regenbogen unabhängig vom Regen begegnen. Schauen Sie zum Beispiel auf den Wassernebel in der Nähe eines Brunnens, der von der Sonne beleuchtet wird, und Sie werden darin einen kleinen Regenbogen bemerken, ähnlich dem himmlischen. Um einen solchen Regenbogen zu sehen, müssen Sie mit dem Rücken zur Sonne stehen.
Regenbogen aus historischer Perspektive
In alten Zeiten, als die Menschen sehr wenig über die Welt um sie herum wussten, wurde der Regenbogen als “himmlisches Zeichen” betrachtet. Zum Beispiel dachten die alten Griechen, dass der Regenbogen das Lächeln der Göttin Iris sei.
Versuche, das Regenbogenphänomen wissenschaftlich zu erklären, wurden von der Kirche streng verfolgt. Im frühen siebzehnten Jahrhundert wurde der Wissenschaftler Marco Antonio de Dominis, der versuchte, den Regenbogen durch natürliche Ursachen zu erklären, exkommuniziert und zum Tode verurteilt. Er starb im Gefängnis vor der Hinrichtung, aber sein Leichnam wurde verbrannt.
Die korrekte wissenschaftliche Erklärung des Regenbogens erschien, nachdem die Menschen die Natur des weißen Lichts verstanden hatten.
Die Wissenschaft des Regenbogens: Erste Erklärungen
Vor etwa 300 Jahren entdeckte der tschechische Wissenschaftler Jan Marek Marci, dass weißes Sonnenlicht ein komplexes Licht ist. Marci bereitete verschiedene Brenngläser vor und beobachtete, wie Sonnenlicht durch sie hindurchging.
Quelle: Wikipedia
Eines Tages nahm Marci ein Glasprisma und platzierte es im Weg eines dünnen Sonnenstrahls in einem dunklen Raum. Das Ergebnis war atemberaubend: Ein mehrfarbiger Regenbogenstreifen erschien an der Decke des Raumes. Die verschiedenen Farben im Streifen an der Wand waren in der gleichen Reihenfolge angeordnet wie im Himmelsregenbogen und gingen ineinander über. Marci erkannte, dass unter bestimmten Bedingungen weißes Licht in viele farbige Strahlen zerfällt und Regenbogenstreifen bildet.
Später setzte Isaac Newton die Erklärung der Regenbogenwissenschaft fort. Er fand heraus, warum ein Glasprisma weißes Licht zerlegt (Prozesse, die Brechung und Reflexion in Regenbögen genannt werden). Es stellt sich heraus, dass die Sonnenstrahlen, die durch das Prisma gehen, von ihrer ursprünglichen Richtung abweichen (brechend). Gleichzeitig werden verschiedene farbige Strahlen, die Teil des weißen Lichts sind, im Prisma unterschiedlich gebrochen. Rote Strahlen erfahren die geringste Brechung, und violette Strahlen die meiste. Aufgrund der unterschiedlichen Brechung werden farbige Strahlen sichtbar, wenn ein weißer Sonnenstrahl durch das Prisma geht. Dieses Phänomen wird Dispersion des Lichts genannt.
Quelle: tutorvista.com
Das Prisma scheint die farbigen Strahlen voneinander zu trennen. In anderen Gläsern, wie gewöhnlichem Fensterglas, brechen die Farbstrahlen auf die gleiche Weise, und wir sehen daher das gleiche weiße Licht.
Das mehrfarbige Band des zerlegten weißen Lichts wird als Regenbogenspektrum bezeichnet. Newton sagte, seine Augen seien nicht gut darin, die Farben des Regenbogens zu sehen. Deshalb teilte er das Spektrum zunächst in fünf Farben: Rot, Gelb, Grün, Blau und Violett. Dann fügte er Orange und Indigo hinzu und machte sieben Farben analog zur Anzahl der Musiknoten. Gelehrte sagen, dass Newtons “Blau” modernes Cyan war und sein “Indigo” modernes Blau.
| Newtons erste Farben | Newtons spätere Farben | Moderne Farben |
|---|---|---|
| Rot | Rot | Rot |
| Orange | Orange | Orange |
| Gelb | Gelb | Gelb |
| Grün | Grün | Grün |
| Blau | Blau | Cyan |
| Indigo | Indigo | Blau |
| Violett | Violett | Violett |
Nach der Entdeckung der Spektralfarben wurde klar, dass wir im Himmelsregenbogen die Sonnenstrahlen beobachten, die sich in ein Spektrum zerlegen. Aber wie geschieht das in der Natur? Was ersetzt das Glasprisma?
Erklärung der Regenbogenbildung
Regenbögen entstehen, wenn die Sonnenstrahlen in Regentropfen gebrochen und reflektiert werden. So entsteht ein Regenbogen:
Quelle: BCcampus
- Sonnenstrahlen fallen auf einen Wassertropfen.
- Wenn das Licht in den Regentropfen eintritt, ändert es seine Richtung, bricht und zerfällt in farbige Strahlen.
- Nachdem es den Tropfen durchlaufen hat, werden die farbigen Strahlen von der gegenüberliegenden Seite des Tropfens reflektiert und durchlaufen den Tropfen erneut.
- Nachdem sie den Tropfen verlassen haben, werden die farbigen Strahlen erneut gebrochen und gelangen in das Auge des Beobachters. In diesem Fall, wie in einem Glasprisma, weichen die violetten Strahlen des sichtbaren Spektrums am meisten von ihrer ursprünglichen Richtung ab, und die roten Strahlen am wenigsten. Diese Brechung der Sonnenstrahlen erfolgt gleichzeitig in vielen Tröpfchen.
Wie man einen Regenbogen sieht
Quelle: Rhododendrites, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
Um einen Regenbogen zu sehen, muss der Beobachter zwischen der Sonne und den Regentropfen stehen, in denen die Strahlen gebrochen werden, mit dem Rücken zur Sonne. Da farbige Strahlen aus den Tropfen in verschiedenen Winkeln austreten, kann nur ein farbiger Strahl aus jedem Tropfen das Auge des Beobachters erreichen. Der Beobachter wird die anderen Strahlen, die vom gleichen Tropfen kommen, nicht sehen: Sie werden über oder unter den Augen vorbeigehen.
- Von den obersten Tropfen, deren gebrochene Strahlen der Beobachter noch sehen wird, erreichen nur rote Strahlen das Auge. Dies liegt daran, dass diese Strahlen bei der Brechung am wenigsten abgelenkt werden.
- Von den darunter liegenden Tropfen werden orangefarbene Strahlen in das Auge gelangen.
- Die noch tiefer liegenden Tropfen senden gelbe Strahlen in die Augen des Beobachters und so weiter bis hin zu violetten Strahlen.
- Die von benachbarten Tropfen reflektierten Strahlen verschmelzen, und so sieht der Beobachter eine Reihe von farbigen Bändern, vom oberen Rot bis zum unteren Violett.
Aber warum sehen wir Regenbögen normalerweise in Form eines Bogens? Die Erklärung ist ganz einfach. Wenn Sie gedanklich die Sonne mit allen Punkten verbinden, die zum Beispiel auf dem roten Band des Regenbogens liegen, erhalten Sie eine kegelförmige Oberfläche, deren Achse durch das Auge verläuft. Jeder Tropfen auf dieser Oberfläche steht in der gleichen Beziehung sowohl zur Sonne als auch zum Beobachter. Daher gelangen nur rote Strahlen von all diesen Tropfen in das Auge des Beobachters. Beim Verschmelzen ergeben sie eine rote bogenförmige Linie. Die gleiche Linie, aber orange, wird von den darunter liegenden Regentropfen gebildet, und so weiter. So entsteht ein Regenbogen, der sichtbar ist, solange die Regentropfen häufig und gleichmäßig genug fallen.
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Was beeinflusst das Erscheinungsbild des Regenbogens?
Die beste Zeit, um einen hellen Regenbogen zu sehen, ist nach einem vorbeiziehenden Schauer mit großen Regentropfen, die Sie mit den Niederschlagskarten von Rain Viewer verfolgen können. Je tiefer die Sonne steht, desto höher erscheint der Regenbogen am Himmel.
Einzelne Regenbogenfarben sehen auch anders aus, je nach Tropfengröße. Kleine Tropfen machen Lila und Grün heller und Blau heller. Kleinere Tropfen lassen Rot verblassen und Gelb leuchten.
Die kleinsten Wassertropfen, die Nebel und Wolken bilden, erzeugen keine Regenbögen. Wenn die Sonne am Horizont steht, beobachten wir einen Regenbogen in Form eines vollständigen Halbkreises. Wenn die Sonne steigt, nimmt die Größe des Regenbogens allmählich ab und sinkt zum Horizont. Wenn die Sonne über den Horizont über den Winkel von 42 Grad steigt, geht der Regenbogen über den Horizont hinaus. Deshalb ist der Regenbogen im Sommer mittags nicht sichtbar. Am Nachmittag, bei Sonnenuntergang, können Sie den Regenbogen wieder sehen.
So können Sie vom Boden aus keinen Regenbogen von mehr als einem halben Kreis sehen. Aber wenn Sie sich über den Boden erheben, können Sie fast einen vollständigen Kreis des Regenbogens sehen.
Quelle: Lukas Moesch
Seltene Phänomene: Doppelte Regenbögen und Mondregenbögen
Meistens sehen wir einen einzelnen Regenbogen. Oft erscheinen jedoch zwei Regenbogenstreifen gleichzeitig am Himmel, einer über dem anderen. In diesem Fall sind die Farben des sekundären Regenbogens umgekehrt zum primären Regenbogen. Der obere Teil des Regenbogenbogens ist violett, und der untere Teil ist rot.
Quelle: Eric Rolph at English Wikipedia, CC BY-SA 2.5, via Wikimedia Commons
Doppelte Regenbögen entstehen, wenn Licht zweimal in Wassertropfen reflektiert wird. Rotes Licht wird nach zwei Reflexionen zu violettem Licht. Da bei der doppelten Reflexion mehr Licht im Tropfen verloren geht, sieht der sekundäre Regenbogen immer blasser aus.
Es wird normalerweise angenommen, dass ein Regenbogen nur tagsüber auftritt. Es ist jedoch auch möglich, einen Regenbogen in der Nacht zu beobachten, obwohl er immer schwächer und sehr selten ist. Dieses Phänomen wird als Mondregenbogen bezeichnet. Sie können ihn nach einer regnerischen Nacht sehen, wenn der Mond hinter den Wolken steht. Der Mondregenbogen erscheint am Himmel in der Richtung gegenüber dem Mond.
Quelle: Arne-kaiser, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
Fazit
Regenbögen sind eine perfekte Mischung aus Wissenschaft und Spektakel. Möchten Sie die perfekten Regenbogenbedingungen verfolgen? Verwenden Sie das Echtzeit-Regenradar von Rain Viewer, um leichte Schauer und Sonnenpausen zu finden - dann treten Sie nach draußen und fangen Sie die Magie ein!
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