Warum ist der Himmel blau? Es gibt drei Haupttheorien: die Rayleigh-Streuung, den Tyndall-Effekt und die Youngsche Lichttheorie. Erfahre mehr über jede dieser Theorien, um den Ursprung der blauen Farbe des Himmels besser zu verstehen. Wenn du dich fragst, wie das Licht durch die Atmosphäre gelangt, gibt dir dieser Artikel eine kurze Einführung in die verschiedenen Theorien. Hier sind einige von ihnen:
Rayleigh-Streuung
Wissenschaftler haben sich lange gefragt, wie der Himmel blau erscheint. Eine der populärsten Theorien hat mit der Streuung von Licht zu tun und wird dem britischen Physiker Lord Rayleigh zugeschrieben. Der Astronom wurde 1904 für die Entdeckung der Rayleigh-Streuung mit dem Nobelpreis ausgezeichnet. Die Streuung von Licht an kleinen Teilchen tritt auf, wenn das Teilchen weniger als 3 % der Wellenlänge des Lichts beträgt. Sauerstoff- und Stickstoffmoleküle sind nur ein paar tausend Mal kleiner als die Wellenlänge des Lichts und streuen das Licht so stark, dass sie für den blauen Himmel verantwortlich sind.
Das Licht wird bei niedrigeren Wellenlängen stärker gestreut als bei höheren Wellenlängen, und zwar aus demselben Grund wie das Sonnenlicht. Das bedeutet, dass blaues Licht stärker gestreut wird als rotes oder oranges Licht. Die Wellenlänge des Lichts muss zwischen 400 Nanometern und 700 Nanometern liegen, damit das Licht gestreut wird. Violettes Licht wird jedoch in der oberen Atmosphäre nicht vollständig absorbiert, so dass es stärker gestreut werden kann.
Wenn sich die Sonne näher an der Erde befindet, wird das Bild der Sonne von mehr Luftteilchen reflektiert. Auf diese Weise breitet sich blaues Licht langsamer aus als rotes Licht, wodurch der Himmel blau erscheint. Das Bild der Sonne wird auch von mehr Luftteilchen durchdrungen, wenn sie sich in der Nähe des Horizonts befindet. Dadurch wird eine hochfrequente rote Komponente intensiver, was zu brillanten Sonnenuntergängen und Sonnenaufgängen führt. Das erklärt, warum der Himmel blau ist.
Die Temperatur der Sonnenoberfläche beträgt 5800 Kelvin und ihre Wärmeverteilung erreicht ihren Höhepunkt im Infraroten. Trotzdem ist die resultierende Farbe des Himmels eine Kombination aus gestreuten Farben, die meist blau und grün sind. Die Wellenlängen, die nicht gestreut wurden, sind direkt auf der Sonne sichtbar und verleihen ihr einen gelblichen Farbton. Die Farbe des Himmels und die Farbe der Sonne hängen von diesen beiden Faktoren ab.
Wenn das Sonnenlicht auf die Luft trifft, wird es in alle Richtungen gestreut. Blaues Licht wird stärker gestreut als langwelliges, und deshalb erscheint der Himmel blau. Es wird auch in andere Farben gestreut, aber schwächer in Richtung Rot als Blau. Das daraus resultierende reflektierte Licht variiert in Helligkeit und Winkel. Auf diese Weise ist das blaue Licht der am meisten sichtbare Teil des Himmels. Allerdings erreicht das blaue Licht die Erdoberfläche aus dem Weltraum, während das rote Licht schwächer gestreut wird.
Tyndall-Effekt
Die Farbe des Himmels ist das Ergebnis des Lichts, das von kleinen Partikeln in der oberen Atmosphäre gestreut wird. Zuerst dachte man, dass Staub- und Wasserdampfteilchen für diesen Effekt verantwortlich sind, aber jetzt glauben Wissenschaftler, dass er von Luftmolekülen verursacht wird. Früher war das ein interessantes Rätsel, aber heute verstehen wir, was die Farbe des Himmels verursacht. Um das Phänomen zu verstehen, müssen wir seinen Ursprung untersuchen. Wie erscheint der Himmel blau?
Das Licht wird von kolloidalen Partikeln und Luftmolekülen gestreut. Die Staub- und Luftmoleküle streuen Lichtwellen mit unterschiedlichen Wellenlängen. Das bedeutet, dass blaues Licht stärker gestreut wird als rotes Licht. Für dieses Phänomen gibt es verschiedene Erklärungen, unter anderem für die Art und Weise, wie unsere Augen Farben sehen. Vielleicht werden wir aber nie den genauen Prozess verstehen, durch den blaues Licht so effektiv gestreut werden kann. Es gibt jedoch ein paar wichtige Unterschiede zwischen rotem und blauem Licht.
Das Blau des Himmels ist das Ergebnis der Rayleigh-Streuung. Die Physik, die hinter diesem Prozess steckt, ist jedoch komplex und nicht für die breite Öffentlichkeit bestimmt. Das Grundprinzip dahinter ist, dass Licht, das an einem deutlich kleineren Teilchen gestreut wird, seine Polarisation erhöht. Tatsächlich wird rotes Licht eher reflektiert als blaues, und es ist das rote Licht, das von den kleineren Teilchen zurückgeworfen wird.
Damit das Licht gestreut werden kann, muss es durch kolloidale Teilchen mit einer Größe von einem bis 1000 Nanometern hindurchgehen. Deshalb kann das Licht nicht direkt durch diese Teilchen hindurchgehen. Stattdessen stößt es mit den Mikropartikeln zusammen und wird in einen Strahl aus sichtbarem Licht gestreut. Dieses Phänomen nennt man den Tyndall-Effekt. Es ist bewiesen, dass kolloidale Partikel Licht streuen können. Wenn du das nicht nachweisen kannst, dann versuche, es nachzuahmen, indem du ein ähnliches Experiment mit einem Stück Milch machst!
Eine andere Erklärung für die blaue Farbe des Himmels ist die Streuung des Lichts an kleinen Partikeln. Das Licht wird von diesen Teilchen absorbiert, und ihre Größe nimmt mit zunehmender Wellenlänge ab. Dieser Effekt wird auch als Rayleigh-Streuung bezeichnet und ist die Ursache für die blaue Farbe des Himmels. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben herausgefunden, dass die Streuung von Licht in der Atmosphäre durch die Wechselwirkung kleiner Teilchen mit einem starken EM-Feld entsteht.
Rayleigh-Effekt
Die Farbe des Himmels kann auf den Rayleigh-Effekt zurückgeführt werden. Der Himmel ist blau, weil das Licht der Sonne eine kürzere Strecke durch die Atmosphäre zurücklegt als zur Mittagszeit. Würde derselbe Effekt auch für ultraviolette Strahlung gelten, wäre der Himmel violett. Blaues Licht wird am stärksten gestreut und in viele verschiedene Richtungen umgelenkt. Bei violettem Licht ist das Gegenteil der Fall. Weil es eine kürzere Wellenlänge hat, wird es weniger gestreut.
Die Farbe des Himmels wurde erstmals von dem britischen Physiker Lord Rayleigh erklärt, der von 1842 bis 1919 lebte. Der wissenschaftliche Name für dieses Phänomen ist Rayleigh-Streuung. Das Licht von der Erde wird von allen Gasen in der Atmosphäre absorbiert, aber die Farben des Himmels werden durch eine bestimmte Kombination dieser Gase erzeugt. Die blaue Farbe wird durch Stickstoffdioxid und Staub verursacht, die das Licht in der Atmosphäre absorbieren.
Licht, das in einem Winkel ungleich Null gestreut wird, bevorzugt Licht mit niedriger Wellenlänge. Der Himmel ist blau, wenn du nicht direkt in die Sonne blickst. Das Gleiche gilt für Wolken. Während der Himmel blau ist, sind die Wolken in Wirklichkeit mit Wasserstoff gefüllt. Dieser angeregte Wasserstoff strahlt rotes Licht ab. Das ist der Grund für die blaue Farbe des Himmels. Das heißt aber nicht, dass die Wolken die einzigen Quellen für rotes Licht am Himmel sind.
Genauso wie die Erde blau ist, sind es auch die Wolken. Weil das Licht von vielen verschiedenen Teilchen gestreut wird, brechen sie das blaue Licht in verschiedene Farben. Der Unterschied zwischen rotem und blauem Licht ist zehnmal kleiner als die Wellenlänge des blauen Lichts. Der Rayleigh-Effekt macht den Himmel blau. Er ist auch für die Farbe von Sonnenuntergängen und blauem Licht verantwortlich. Der Unterschied zwischen den beiden Farben bedeutet, dass sie sich in unterschiedlichen Winkeln befinden.
Im vorderen Strahl hat das Sonnenlicht weniger Violett als Blau. Das liegt daran, dass sich das Licht in der Nähe des Bodens der Atmosphäre befindet und die violette Farbe schneller gestreut wird als blaues Licht. Wenn du dich also fragst, warum der Himmel blau ist, lies weiter! Und vergiss nicht, die Website Rayleigh-Effekt – warum der Himmel blau ist
Die Youngsche Lichttheorie
Die Experimente von Isaac Newton und Isaac Young haben dazu beigetragen, die Wellentheorie des Lichts zu entwickeln. Sie entdeckten, dass unterschiedliche Wellenlängen unterschiedliche Farben erzeugen. Youngs Experiment verdeutlichte dies, indem es zeigte, dass der Himmel blau ist, weil er bestimmte Wellenlängen des Lichts reflektiert. Dies ist die Grundlage für Youngs Theorie des Lichts. Youngs Experiment wurde erstmals 1764 veröffentlicht und wurde zu einer der beliebtesten und einflussreichsten Theorien der Optik.
Während seiner frühen Karriere studierte Young Optik und Anatomie. Er sezierte das Auge eines Ochsen und stellte fest, dass die Augenlinse ihre Fokussierungseigenschaften veränderte, wenn ein Mensch sie ansah. Young präsentierte seine Ergebnisse bei der Royal Society of London, wo er zum Fellow ernannt wurde. Erst später wurde seine Theorie anerkannt. Youngs Lichttheorie erklärt, warum das Blau des Himmels so beliebt ist.
Bei Youngs Experiment ging es um die Wechselwirkung von Lichtwellen mit einer einzigen dünnen Karte. Er bedeckte ein Fenster mit einem dünnen Blatt Papier und hielt die Karte gegen einen Lichtstrahl. Das Licht ging durch die Karte und interferierte mit dem Licht von der gegenüberliegenden Wand. Er stellte fest, dass diese Interferenz zu Farbstreifen und dunklen Bereichen führte. Youngs Lichttheorie erklärt, warum der Himmel blau ist und die Sonne rot leuchtet.
In einem neueren Experiment nutzte Young sein Interferenzgesetz, um die überzähligen Regenbögen zu erklären. Diese überzähligen Regenbögen wurden als besonders schwache Bogenlinien innerhalb des Hauptregenbogens beobachtet. Young erklärte, dass sie durch die Interferenz zwischen den Wellen innerhalb der einzelnen Regentropfen entstehen. Überzählige Regenbögen erscheinen nur, wenn die Regentropfen ungefähr gleich groß sind. Damit ist Youngs Lichttheorie die populärste Theorie, um zu erklären, warum der Himmel blau ist.
Die Streuung von Licht durch Teilchen ist ein häufiges Phänomen in der Natur. Die meisten Menschen gehen davon aus, dass Staubteilchen, Gaspartikel und dergleichen diese Funktion erfüllen. Young und Tyndall glaubten jedoch, dass das Licht von Staub stärker gestreut wird als von anderen Farben. Blaues Licht wird weniger gestreut als andere Farben und breitet sich in kürzeren Wellen aus als andere Farben. Daher ist der Großteil des Himmels blau. Das Licht der Sonne sieht zwar weiß aus, besteht aber in Wirklichkeit aus allen Farben des Regenbogens. Prismen, speziell geformte Kristalle, ermöglichen es uns, das Licht in verschiedene Farben aufzuteilen.
