Farben des Himmels

Je nach Tageszeit und Bewölkung kann der Himmel sehr unterschiedliche Farben haben. Charakteristisch sind das Blau des wolkenlosen Himmels sowie das bei niedrigem Sonnenstand auftretende Morgenrot und Abendrot.

Blau des Himmels

Das Licht, das von der Sonne zu uns gelangt, trifft zunächst auf die Lufthülle der Erde, die Atmosphäre. Beim Durchgang durch die Atmosphäre wird ein Teil des Lichtes an den dort befindlichen Gasteilchen (Atomen, Molekülen) gestreut. Streuung von Licht bedeutet, dass durch Gasteilchen das Licht in die unterschiedlichsten Richtungen abgelenkt wird.

Um 1870 erkannte der englische Physiker JOHN WILLIAM STRUTT (1842-1919), der 1873 geadelt wurde und sich dann LORD RAYLEIGH nannte, dass die Intensität des an Gasteilchen gestreuten Lichtes von der Wellenlänge abhängig ist. Kurzwelliges (blaues) Licht wird wesentlich stärker gestreut als langwelliges (rotes) Licht. Genauer: Die Intensität von gestreutem kurzwelligen blauen Licht ist etwa 16-mal so groß wie die Intensität von gestreutem langwelligen roten Licht.
Da bei höherem Sonnenstand der Weg des Lichtes durch die Atmosphäre relativ kurz und die Intensität des gestreuten blauen Lichtes groß ist, überwiegt das blaue Licht. Der Himmel erscheint uns blau.

Hinweis für Hobbyfotografen: Da das Himmelslicht auch noch teilweise polarisiert ist, kann man mithilfe eines Polarisationsfilters auf Dias oder Fotos einen noch intensiveren blauen Himmel erhalten als den, welchen wir mit unseren Augen wahrnehmen können. Das gilt besonders für den Teil des Himmels, der der Sonne gegenüberliegt.

Schaut man sich einen wolkenlosen Himmel genauer an, dann sieht man, dass die blaue Farbe nicht überall gleich intensiv ist. Insbesondere erscheint das Blau in Horizontnähe wesentlich heller. Die Ursache dafür ist, dass es in der erdbodennahen Luftschicht neben den sehr kleinen Gasteilchen auch größere Teilchen, die Aerosole, gibt. Das sind u. a. Staubteilchen, Rauch, kleine Tröpfchen, Pollen oder auch Bakterien. Auch an solchen Teilchen wird das Licht gestreut.

Der deutsche Physiker ADOLF MIE (1868-1957) stellte zu Beginn des 20. Jahrhunderts fest, dass die Streuung von Licht an solchen "größeren" Teilchen nahezu unabhängig von der Wellenlänge ist. Gestreutes weißes Sonnenlicht bleibt weiß. Es überlagert sich jedoch mit dem Blau des an den Gasteilchen gestreuten Lichtes.
Da die Konzentration der Aerosole in Erdbodennähe wesentlich größer ist als in der Höhe, kann man das weißliche Blau vor allem in Horizontnähe beobachten.

Morgenrot und Abendrot

Bei sehr niedrigem Sonnenstand kann man häufig eine intensive Rotfärbung des Himmels beobachten, das Morgenrot bzw. das Abendrot. Die Ursache dafür ist folgende: Bei niedrigem Sonnenstand muss das Licht der Sonne, um bis zu uns zu gelangen, eine viel größere Strecke durch die Atmosphäre zurücklegen als bei hohem Sonnenstand. Die vom Licht durchquerte Luftmenge ist bis zu 30-mal größer. Aufgrund der stärkeren Streuung des blauen Lichtes an den Gasteilchen auf diesem langen Weg gelangt nur noch wenig blaues und viel rotes Licht zu uns. Das blaue Licht wird durch die intensive Streuung regelrecht herausgefiltert. Die Sonne erscheint rötlich.
Die Streuung an den Aerosolen, bei der rotes Licht rot bleibt, bewirkt die rötliche Färbung des Lichtes in der Sonnenumgebung.

Polarlichter

Eine Erscheinung, die bei uns nur sehr selten zu beobachten ist und die vor allem in nördlich gelegenen Ländern auftritt, ist das Polarlicht. Die Ursache für Polarlichter ist nicht das Sonnenlicht, sondern der von der Sonne ausgehende Strom von elektrisch geladenen Teilchen, der Sonnenwind. Es handelt sich dabei vor allem um Protonen und Elektronen, die aus dem äußeren Bereich der Sonnenatmosphäre stammen und die mit Geschwindigkeiten von 350 - 400 km/s auf die Erde mit ihrem Magnetfeld treffen.

Sie werden durch das Erdmagnetfeld vor allem in Richtung Nordpol und Südpol gelenkt. In Höhen von 500 km bis 100 km stoßen die Elektronen mit Gasteilchen zusammen und regen diese ähnlich wie in einer Leuchtstofflampe zum Leuchten an. Angeregte Sauerstoffatome senden grünes Licht aus, angeregte Stickstoffmoleküle dagegen blaues oder violettes Licht. Das sind die typischen Farben, die bei Polarlichtern zu beobachten sind.

Polarlichter treten in der Nähe beider Pole des Erdmagnetfeldes auf. Es gibt also sowohl "Nordlichter" als auch "Südlichter".Besonders intensive und schnell wechselnde Polarlichter treten bei hoher Sonnenaktivität, bei so genannten magnetischen Stürmen, auf.