Warum ist der Himmel blau?
Hast du dich schon einmal gefragt, warum der Himmel am Tag blau ist? Und warum er am Abend oft rot erscheint? Um das zu verstehen, wollen wir uns im Folgenden die physikalische Erklärung für den blauen Himmel ansehen.
Wusstest du schon?
Tiere nehmen den Himmel teilweise anders wahr als wir. Bienen zum Beispiel können ultraviolettes Licht sehen, das für uns Menschen unsichtbar ist. Das bedeutet, dass Bienen den Himmel und die Blumen in Farben sehen, die wir uns nicht einmal vorstellen können. Erstaunlich, oder?
Spektralfarben
Das weiße Licht der Sonne lässt sich in Licht verschiedener Farben auffächern. Das sogenannte sichtbare Licht ist Teil des elektromagnetischen Spektrums. Wirf zur Vertiefung dieses Themas gerne einen Blick auf unsere Seite zur elektromagnetischen Welle.
Die Auffächerung des Sonnenlichts können wir uns anhand eines einfachen Beispiels ansehen: Wir halten ein dreieckiges Glasprisma so ins Sonnenlicht, dass es beim Durchqueren des Prismas an zwei Grenzflächen gebrochen wird.
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Grenzfläche 1: Übergang von Luft zu Glas
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Grenzfläche 2: Übergang von Glas zu Luft
Wie du in der Abbildung erkennen kannst, wird Licht mit kleinerer Wellenlänge, zum Beispiel blaues Licht, stärker gebrochen (abgelenkt) als Licht mit großer Wellenlänge, zum Beispiel rotes Licht.
Licht kann aber nicht nur an den Grenzflächen von Prismen abgelenkt werden, sondern auch an kleinen Teilchen. Das bezeichnet man als Streuung. Brechung und Streuung beruhen auf unterschiedlichen physikalischen Phänomenen. Mithilfe der Brechung an Übergängen zwischen Medien kann man gut veranschaulichen, dass Licht in unterschiedliche Spektralfarben zerlegt werden kann. Das geht beispielsweise anhand des Glasprismas. Die Streuung hingegen beschreibt die Wechselwirkung des Lichts mit kleinen Teilchen und ist das, was zur blauen Farbe des Himmels führt. Daher konzentrieren wir uns im Folgenden auf die Streuung.
Streuung
Auf dem Weg zur Erdoberfläche muss das Sonnenlicht die Erdatmosphäre durchqueren. Diese setzt sich zu einem großen Teil aus Sauerstoff- und Stickstoffmolekülen zusammen, enthält aber auch Staubteilchen und mikroskopisch kleine Partikel. Da diese Moleküle und Teilchen kleiner sind als die Wellenlänge des Lichts, spricht man in diesem Fall auch von Rayleigh-Streuung. Diese ist umso stärker, je kleiner die Wellenlänge des Lichts ist: Blaues Licht wird also stärker gestreut als rotes Licht.
Wusstest du schon?
Die Astronautinnen und Astronauten auf der Internationalen Raumstation (ISS) sehen den Himmel nicht blau, sondern schwarz. Weil es im Weltraum keine Atmosphäre gibt, wird das Sonnenlicht nicht gestreut, und der Himmel bleibt schwarz, auch wenn die Sonne scheint. Stell dir vor, du würdest in einem schwarzen Himmel schweben!
Der blaue Himmel am Tag
Am Tag steht die Sonne hoch am Himmel. Das Sonnenlicht trifft deswegen in einem relativ steilen Winkel auf die Atmosphäre. Dadurch ist der Weg, den das Sonnenlicht in der Atmosphäre zurücklegen muss, kurz. Dabei wird das kurzwellige Licht (beispielsweise blaues Licht) an den Teilchen der Erdatmosphäre besonders häufig gestreut. Bei der Streuung kann das Licht in alle möglichen Richtungen abgelenkt werden – auch in Richtung des Betrachters.
Was passiert nun, wenn wir zum Himmel schauen? Wenn wir uns die Sonne ansehen, nehmen wir die direkten Sonnenstrahlen wahr. Das Licht ist sehr hell und wirkt nahezu weiß (es setzt sich ja aus vielen Farben zusammen). Wenn wir aber neben die Sonne blicken, also auf den Himmel, dann nehmen wir das Licht wahr, das an den Molekülen in der Luft gestreut werden. Da das hauptsächlich die kurzwelligen Anteile sind, wirkt der Himmel blau. An einem klaren Tag wird das Prinzip besonders deutlich, wenn du in unterschiedliche Richtungen blickst: Wenn du die Sonne im Rücken hast, siehst du fast nur gestreutes Licht und der Himmel ist tiefblau. Blickst du grob in Richtung der Sonne, nehmen die direkten Strahlen zu. Der Himmel ist heller und weniger blau.
Kennst du das?
Vielleicht hast du schon einmal gesehen, wie das Wasser im Meer blau oder türkis aussieht, obwohl das Wasser in deinem Glas farblos ist. Auch hier spielt die Streuung des Lichts eine Rolle. Die tieferen Wasserschichten absorbieren das rote Licht und reflektieren das blaue Licht zurück, wodurch das Meer blau oder türkis erscheint. So erklärt die Physik, warum Farben in der Natur manchmal anders wirken als in dem Glas vor deiner Nase.
Doch warum erscheint uns der Himmel blau und nicht violett? Violettes Licht hat doch sogar noch kürzere Wellenlängen als blaues Licht und wird somit noch häufiger gestreut. Das liegt daran, dass die Zellen in unseren Augen, mit denen wir sehen können, viel sensitiver für das blaue als für das violette Licht sind.
Kennst du das?
Hast du auch schon einmal bemerkt, dass an einem bewölkten Tag der Himmel grau statt blau ist? Das liegt daran, dass die Wolken aus vielen kleinen Wassertröpfchen bestehen, die das Licht in alle Richtungen streuen. Diese gleichmäßige Streuung lässt den Himmel grau erscheinen. Indem du verstehst, wie Licht und Wolken interagieren, kannst du besser nachvollziehen, warum sich das Aussehen des Himmels verändert.
Abendrot
Am Abend ist der Winkel, in dem die Sonnenstrahlen auf die Atmosphäre treffen, flacher. Dadurch muss das Licht einen deutlich längeren Weg durch die Erdatmosphäre zurücklegen als bei Tag. Es trifft also auf mehr Moleküle als zuvor. Das blaue Licht wird entsprechend häufig abgelenkt. Die Wahrscheinlichkeit dafür, dass es in unsere Richtung abgelenkt wird, wird aber immer geringer.
Häufig erreicht es unsere Augen also nicht – man sagt auch, dass der blaue Anteil des Sonnenlichts weggestreut wird. Das langwellige rote Licht kommt aber noch bei uns an: Es wird auf dem Weg zu uns deutlich seltener abgelenkt. Somit erscheint uns der Himmel nun eher rötlich.
Wusstest du schon?
Wie die Himmelsfarbe anderer Himmelskörper und Planeten aussieht, hängt stark davon ab, ob es dort eine Atmosphäre gibt und wie diese zusammengesetzt ist. Der Mond hat zum Beispiel gar keine Atmosphäre – das Sonnenlicht wird nicht gestreut und der Himmel vom Mond aus gesehen wirkt immer schwarz.
Ausblick – Das lernst du nach Warum ist der Himmel blau?
Erforsche, was hinter der Lichtbrechung und dem Licht als elektromagnetische Welle steckt. Vertiefe dein Verständnis davon, wie wir Dinge sehen und durchschaue physikalische Phänomene wie die Fata Morgana. Lass dich faszinieren von der Optik und mach dich bereit für neue Entdeckungen.
Zusammenfassung – warum ist der Himmel blau?
- Das weiße Sonnenlicht beinhaltet die verschiedenen Spektralfarben.
- Licht kann an kleinen Teilchen seine Richtung ändern. Dies nennt man Streuung.
- Sind die streuenden Teilchen kleiner als die Wellenlänge des Lichts, sprechen wir von Rayleigh-Streuung.
- Bei der Rayleigh-Streung wird der blaue Anteil des Lichts stärker gestreut als die längerwelligen Anteile. Daher sehen wir den blauen Anteil des Lichts aus allen möglichen Richtungen. Deshalb ist der Himmel tagsüber blau.
- Bei Sonnenaufgang oder -untergang steht die Sonne sehr flach am Himmel, sodass das Licht eine längere Strecke durch die Atmosphäre zurücklegen muss. Der blaue Anteil des Lichts wird nun so oft gestreut, dass er nicht mehr zu uns gelangt. So entsteht das Abendrot (bzw. Morgenrot).
Häufig gestellte Fragen zum Thema “Warum ist der Himmel blau?”
Warum ist der Himmel blau?
Der Himmel erscheint blau, weil die Atmosphäre das Sonnenlicht in alle Richtungen streut und dabei insbesondere blaues Licht gestreut wird. Diese Streuung von kurzwelligem blauem Licht ist intensiver als die Streuung von langwelligem rotem Licht, wodurch der Himmel blau erscheint.
Warum sieht der Himmel manchmal rot oder orange aus?
Der Himmel kann bei Sonnenaufgang oder Sonnenuntergang rot oder orange erscheinen. Das liegt daran, dass die Sonne in einem flacheren Winkel durch die Erdatmosphäre scheint und dadurch das Licht längere Wege durch die Atmosphäre zurücklegt. Während des Sonnenaufgangs oder Sonnenuntergangs werden also noch mehr kurzwellige blaue und grüne Lichtstrahlen gestreut und schließlich absorbiert, während die längeren roten und orangefarbenen Lichtstrahlen weniger gestreut werden. Dadurch dominiert das längere Wellenlängenspektrum und der Himmel erscheint rot oder orange.
Wie beeinflusst die Erdatmosphäre das Licht und die Farbe des Himmels?
Die Erdatmosphäre spielt eine entscheidende Rolle bei der Farbe des Himmels. Wenn Sonnenlicht in die Atmosphäre eindringt, wird es von den Molekülen in der Atmosphäre gestreut. Die Moleküle streuen das Licht in alle Richtungen. Da kurzwelliges blaues Licht eine kürzere Wellenlänge hat, wird es stärker gestreut als langwelliges rotes Licht. Daher erscheint der Himmel blau, da das gestreute blaue Licht aus allen Richtungen zu uns gelangt.
Was ist das Rayleigh-Phänomen?
Das Rayleigh-Phänomen beschreibt die Streuung von Licht in der Atmosphäre durch Partikel, die kleiner als die Wellenlänge des Lichts sind. Bei der Rayleigh-Streuung wird kurzwelligen Lichtstrahlen (v. a. blauem Licht) eine größere Streuung zuteil als langwelligen Lichtstrahlen (v. a. rotem Licht). Dieses Phänomen ist für die bläuliche Farbe des Himmels verantwortlich.
Streuung ist ein physikalisches Phänomen, bei dem Licht von Partikeln oder Oberflächen abgelenkt wird. Wenn Licht auf Partikel trifft, werden die Lichtstrahlen in verschiedene Richtungen abgelenkt. Dies kann zu einer Änderung der Richtung und der Energie des Lichts führen. In der Atmosphäre streuen die Moleküle das Sonnenlicht, wodurch der Himmel sichtbar wird und eine bestimmte Farbe annimmt.
Kann der Himmel nachts blau sein?
In der Regel erscheint der Himmel nachts nicht blau. Dies liegt daran, dass bei Abwesenheit von Sonnenlicht die Atmosphäre nicht das Licht streut, das für die blaue Himmelsfarbe verantwortlich ist. Stattdessen ist der Himmel nachts oft dunkel und erscheint schwarz. Allerdings können andere Faktoren wie künstliche Beleuchtung oder Mondlicht den Nachthimmel unterschiedlich beeinflussen.
In einigen Sommernächten erscheint der Himmel auch zu später Stunde noch blau, weil die Sonne im Sommer sehr spät untergeht und danach noch etwas von dem stark gestreuten blauen Licht der untergegangenen Sonne in unser Blickfeld gestreut wird.
Warum ändert sich die Farbe des Himmels während des Tages?
Die Farbe des Himmels ändert sich im Laufe des Tages aufgrund der Position der Sonne am Himmel. Bei Sonnenaufgang und Sonnenuntergang ist der Himmel oft rötlich oder orangefarben, weil das Licht der tief stehenden Sonne einen längeren Weg durch die Atmosphäre zurücklegen muss und dabei stärker gestreut wird. Während des Tages steht die Sonne höher am Himmel, und das Licht legt einen kürzeren Weg durch die Atmosphäre zurück. Dadurch werden weniger Rotanteile des gestreuten Lichts wahrgenommen und der Himmel erscheint heller und eher bläulich.
Beeinflusst die Luftverschmutzung die Farbe des Himmels?
Ja, Luftverschmutzung kann die Farbe des Himmels beeinflussen. Wenn die Atmosphäre durch Schadstoffe wie Staub, Ruß oder andere Partikel verschmutzt ist, können diese Partikel das einfallende Licht streuen und absorbieren. Dadurch kann der Himmel eine gräuliche oder bräunliche Tönung annehmen. Insbesondere in stark verschmutzten Gebieten kann die Luftverschmutzung zu einer Veränderung der natürlichen blauen Farbe des Himmels führen.
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