Warum sieht jeder den Regenbogen anders? Die Antwort liegt im Weg des Lichts durch den Tropfen

Wenn der Regen nachlässt und die Sonne zwischen den Wolken hervorkommt, mag der Regenbogen, der am Himmel erscheint, für alle, die in dieselbe Richtung blicken, wie ein gemeinsamer Anblick wirken. Physikalisch gesehen ist die Situation jedoch komplexer: Selbst zwei Personen, die nebeneinander stehen, sehen eigentlich nicht denselben Regenbogen.

Der Grund dafür ist, dass ein Regenbogen kein konkretes Objekt ist, das am Himmel hängt. Ein Regenbogen ist ein optisches Muster, das durch den Weg entsteht, den das Sonnenlicht in Millionen von Regentropfen zurücklegt, abhängig von der Position des Beobachters. Ihr Standort bestimmt, aus welchen Tropfen das Licht in welchem Winkel Ihr Auge erreicht.

DIE REISE DES LICHTS DURCH DEN TROPFEN

Damit ein Regenbogen sichtbar wird, müssen die Grundvoraussetzungen gleichzeitig erfüllt sein: Die Sonne muss sich hinter Ihnen befinden, die Regentropfen vor Ihnen, und das Sonnenlicht muss die Regentropfen erreichen können, ohne von Wolken blockiert zu werden. Wenn diese Bedingungen erfüllt sind, verlangsamt sich das Licht beim Eintritt in den Regentropfen und ändert seine Richtung. In der Physik nennt man dies Brechung.

Weißes Licht ist nicht einfarbig; es besteht aus verschiedenen Wellenlängen. Wenn das Licht in den Tropfen eintritt, werden diese Wellenlängen unterschiedlich stark gebrochen, wodurch sich die Farben voneinander trennen. Anschließend werden die Strahlen an der Rückseite des Tropfens reflektiert und beim Austritt an der Vorderkante erneut gebrochen.

Der Regenbogenforscher Philip Laven beschreibt diesen Prozess als „ein Muster, das durch die Reflexion und Brechung des Sonnenlichts in Millionen von Regentropfen am Himmel entsteht“. Rotes Licht tritt in einem Winkel von etwa 42 Grad aus dem Tropfen aus, während Licht im blauen und violetten Bereich in einem Winkel von etwa 40 Grad austritt.

Dieser kleine Winkelunterschied bestimmt die Reihenfolge der Farben im Regenbogen. Während einige Tropfen in einem höheren Teil des Himmels rotes Licht in Richtung Ihres Auges senden, leiten Tropfen weiter unten blaues und violettes Licht zu Ihnen. Deshalb sieht man am äußeren Rand des Hauptregenbogens meist rote und am inneren Rand blaue und violette Töne.

JEDER BEOBACHTER HAT SEINEN EIGENEN REGENBOGEN

Selbst wenn die Person neben Ihnen gleichzeitig mit Ihnen auf den Regenbogen schaut, stammt das Licht, das ihre Augen erreicht, aus anderen Regentropfen. Wenn Ihr Begleiter ein paar Schritte nach rechts oder links geht oder sogar nur etwas größer oder kleiner ist als Sie, ändert sich der Winkel, in dem das Licht seine Augen erreicht. Auch für jemanden, der später an denselben Punkt tritt, sind die Bedingungen aufgrund der Bewegung der Erde zur Sonne nicht mehr exakt dieselben.

Ein Regenbogen ist eigentlich weniger ein Bogen als vielmehr ein Kreis, der um den „Gegenpunkt“ (Antisolarpunkt) herum entsteht, an dem sich der Schatten Ihres Kopfes befindet. Da der untere Teil dieses Kreises vom Boden aus betrachtet meist unter dem Horizont liegt, ist nur der bogenförmige Teil sichtbar. Von einem hohen Punkt aus, etwa aus einem Flugzeug, kann man manchmal die volle Kreisform des Regenbogens erkennen.

Auch die Position der Sonne ist einer der Hauptfaktoren, die das Bild bestimmen. Steht die Sonne tief am Horizont, ist ein größerer Teil des Regenbogens sichtbar. Steigt die Sonne höher als 42 Grad über den Horizont, kann selbst der höchste Punkt des Bogens unter der Erdoberfläche liegen. Deshalb sind Regenbögen zur Mittagszeit seltener zu sehen.

Manchmal bildet sich außerhalb des Hauptregenbogens ein zweiter, blasserer Bogen. Laut dem Physiker Ping Wah Li von der Chinesischen Universität Hongkong kann der sekundäre Regenbogen gesehen werden, wenn der Himmel zwischen dem Beobachter und dem Regenbogen klar genug ist. Dieser zweite Bogen entsteht dadurch, dass das Licht zweimal innerhalb des Regentropfens reflektiert wird.

Im sekundären Regenbogen ist die Reihenfolge der Farben umgekehrt: Rot liegt auf der Innenseite, Violett auf der Außenseite. Da das Licht jedoch einen längeren Weg im Tropfen zurücklegt und dabei stärker abgeschwächt wird, erscheint dieser zweite Bogen blasser als der Hauptregenbogen.

Auch bei der „Größe“ des Regenbogens kann eine optische Täuschung eine Rolle spielen. Laut dem Meteorologen Raymond Lee von der United States Naval Academy hat ein Regenbogen keine lineare Größe, da er kein Objekt ist. Was ihn definiert, ist seine Winkelgröße. Der Radius des Hauptregenbogens beträgt etwa 42 Grad, der Durchmesser etwa 84 Grad. Auch wenn ein Regenbogen, der über einem entfernten Berg aufsteigt, größer erscheint, ist dies meist eine Interpretation des Gehirns, das die umliegenden Objekte als Referenz nutzt.

Nachrichtenquelle: 12punto