Farben in unserer Umwelt

Undurchsichtige farbige Körper absorbieren an ihrer Oberfläche einige Spektralfarben. Die Farbe des Körpers ergibt sich als Mischfarbe aus den übrigen Spektralfarben.

Beleuchtung mit nicht weißem Licht

Durchsichtige Körper lassen bestimmte Spektralfarben durchtreten. Die Farbe des Körpers ergibt sich aus der Mischung der durchgelassenen Farbanteile.

Fensterrosette im nördlichen Querschiff der Kathedrale von Chartres. Die Glaskünstler des Mittelalters hatten nicht die Möglichkeit, große Glasflächen herzustellen. Daher verwendeten sie kleine, mit Metalloxiden gefärbte Glasstücke und verkitteten diese mit sogenannten Bleiruten.

Schickt man Licht durch ein leeres, völlig staubfreies Glasrohr, so erscheint das Rohr von der Seite her gesehen absolut schwarz, denn kein Mensch hat je einen Lichtstrahl von der Seite gesehen! Bläst man aber etwas Tabakrauch in das Rohr, so zeichnet sich der Lichtkegel klar und scharf vom dunklen Hintergrund ab. An den vielen wirbelnden Staubkörnchen und Rauchteilchen wird das Licht nämlich zur Seite gelenkt. Es wird gestreut, wie man sagt, und gelangt so in unser Auge.

Diesem Effekt verdanken wir auch das Tageslicht. Die zahlreichen Luftteilchen streuen das Licht der Sonne so, dass es von allen Richtungen her zur Erde fällt. Besäße die Erde keine Atmosphäre, so wäre der Himmel schwarz. Dies tritt auch tatsächlich ab etwa 16 000 m Höhe ein. Von da ab ist die Atmosphäre so dünn, dass man ihre streuende Wirkung vernachlässigen kann. Hier ist der Himmel immer dunkel, und die Sterne sind zu jeder Tages- und Nachtzeit sichtbar. Es hat sich gezeigt, dass blaues Licht stärker gestreut wird als rotes Licht.

Steht die Sonne hoch am Himmel, so erscheint sie beinahe weiß und der Himmel tiefblau. Nähert sie sich dem Horizont, so wird der Weg des Lichtes durch die Atmosphäre länger. Das blaue Licht wird daher in immer stärkerem Ausmaß zur Seite gestreut. Je tiefer die Sonne steht, desto mehr verändert sich dadurch ihre Farbe. Zuerst erscheint sie gelb, dann orange, und schließlich, kurz vor dem Untergang, erglüht sie tiefrot.

Auch Staub kann das Sonnenlicht streuen. Im Jahre 1883 beispielsweise beobachtete man außergewöhnlich schöne Sonnenauf- und -Untergänge. Damals schwebte nämlich viele Monate lang der feine vulkanische Staub in der Atmosphäre, der vom gewaltigen Ausbruch des Krakatau bei Java im Indischen Ozean herrührte.

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Damit du einen Regenbogen sehen kannst, musst du auf die fallenden Tropfen blicken und die Sonne im Rücken haben. Die folgende Abb. zeigt, wie das Sonnenlicht durch den Eintritt in die Regentropfen aufgespaltet wird. Weil bei Haupt- und Nebenregenbogen die Lichtstrahlen gegengleich durch die Tropfen laufen, ist auch die Farbreihenfolge beim Austritt umgekehrt. Beim Hauptregenbogen wird der Lichtstrahl nur einmal reflektiert, bevor er austritt, beim Nebenregenbogen zweimal. Weil bei jeder Reflexion auch Licht nach außen dringt, ist dadurch der Nebenregenbogen lichtschwächer und nicht immer zu sehen.

Das Licht des Hauptbogens hat immer einen Winkel von 40° bis 42° zum Sonnenlicht. Er ist eigentlich gar kein Bogen, sondern ein Teil eines Kegelmantels.

Etwas verblüffend ist zunächst, dass der Hauptregenbogen oben rot und unten blau ist, die Farben aber genau umgekehrt aus den Tropfen austreten (folgende Abb. a; beim Nebenregenbogen ist es genau umgekehrt). Das liegt daran, dass du von jedem Tropfen nur eine einzige Farbe siehst. Von den obersten Tropfen des Regenbogens gelangt nur rot in dein Auge und von den untersten nur blau (Abb.). Das ergibt dann die Farbreihenfolge die du sehen kannst.

a) Hauptregenbogen b) Nebenregenbogen

Warum der Regenbogen oben rot ist …

Regenbogen über Newtons Geburtshaus.

Wasser ist speziell für blaues Licht extrem durchlässig. Die Grafik zeigt den Absorptionskoeffizienten als Funktion der Wellenlänge des Lichts. (Links ist die mittlere freie Weglänge eines Photons, also eines Lichtteilchens aufgetragen.)

Dort, wo das Wasser flach ist, erscheint es (wie hier auf den Malediven) Türkis oder Grün, weil der grüne Anteil des Lichts nur unvollständig absorbiert wird.