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Q & A: Warum sind Regenbögen als Halbkreise gekrümmt?

Nette Frage! Regenbögen entstehen, wenn Sonnenlicht durch kleine, in der Atmosphäre schwebende (oder sogar durch sie hindurchfallende!) Wassertröpfchen fällt. Sie sind nicht nur schön, sondern auch selten, weil man einen Regentag und einen Sonnentag zur gleichen Zeit braucht, um einen Regenbogen entstehen zu lassen – die Sonne muss von einem Teil des Himmels scheinen und der Regen von einem anderen Teil des Himmels, bevor ein Regenbogen erscheinen kann.
Das Sonnenlicht nimmt einen komplizierten Weg durch jeden Wassertropfen. Es kommt auf der Seite an, die der Sonne am nächsten ist, und krümmt sich, weil der Brechungsindex von Wasser größer ist als der von Luft (man kann diesen Effekt sehen, wenn man einen Bleistift in ein Wasserglas legt, so dass ein Teil davon herausragt, und ihn aus verschiedenen Winkeln betrachtet – der Bleistift wird an der Stelle, an der er die Wasseroberfläche durchquert, „gebrochen“ erscheinen). Das Sonnenlicht, das den Wassertropfen durchdringt, prallt an der Rückseite des Tropfens ab, wandert zurück zur anderen Seite und wird auf seinem Weg nach draußen erneut gebogen.
Der Grund, warum der Regenbogen gekrümmt ist, liegt darin, dass alle Winkel im Wassertropfen genau richtig sein müssen, damit der Tropfen etwas Sonnenlicht zu dir, der du auf dem Boden stehst, schickt. Wenn die Sonne also *hinter* Ihnen steht, tragen nur die Wassertropfen zum Regenbogen bei, die den gleichen Winkel haben, der von Ihnen, dem Tropfen und der Sonne gebildet wird (dieser Winkel beträgt etwa 42 Grad). Andere Tropfen senden ihr Licht woanders hin, und wenn du dich an einen anderen Ort bewegst, werden neue Tropfen benötigt, um den Regenbogen zu erzeugen, den du an dem neuen Ort siehst. Deshalb kann man nicht zum Ende des Regenbogens gehen, um die mythischen Kobolde und Goldtöpfe zu finden; wo immer man steht, wird der Regenbogen durch weit entfernte Wassertropfen gebildet, die das Sonnenlicht reflektieren und beugen. Der Regenbogen ist gekrümmt, weil die Menge aller Regentropfen, die den richtigen Winkel zwischen Ihnen, dem Tropfen, und der Sonne haben, auf einem Kegel liegen, der auf die Sonne zeigt, mit Ihnen an einer Spitze. Der Regenbogen kann halbkreisförmig aussehen, wenn die Sonne gerade unter- oder aufgeht (eine gute Zeit, um einen Regenbogen zu sehen, weil das Sonnenlicht zu dieser Zeit unter Regenwolken gelangen kann, weil es horizontal wandert). Wenn die Sonne höher am Himmel steht, ist die Erde im Weg, und man kann weniger als einen halbkreisförmigen Regenbogen sehen.
Der Regenbogen ist farbig, weil die Wassertropfen wie kleine Prismen wirken – wie stark sich das Licht beim Ein- und Austritt aus dem Tropfen biegt, hängt von seiner Farbe ab, und das Licht der Sonne enthält Beiträge von Licht aller Farben. Die 42 Grad darüber sind also etwas anders für rotes Licht und noch anders für blaues Licht – man muss an einer anderen Stelle hinschauen, um den roten und den blauen Regenbogen zu sehen, so dass man sie als unterschiedlich große Bögen am Himmel sieht und der Regenbogen farbig gestreift ist.
Mit einem Rasensprenger oder sogar einer Wassersprühflasche, die einen feinen Nebel erzeugen kann, kann man seine eigenen Regenbögen machen. An einem hellen, sonnigen Tag mit der Sonne im Rücken, sprühe etwas Wasser vor dir in verschiedene Richtungen, um zu sehen, wo die besten Regenbögen zu sehen sind. Schaffst du es, dass ein Regenbogen einen ganzen Kreis bildet? Regenbögen tauchen an den schönsten Stellen auf – man kann sie manchmal am Fuße von Wasserfällen sehen und sogar kurz in den Spritzern von Tauchern im Schwimmbad.

(veröffentlicht am 22.10.2007)