Was wäre unsere Welt ohne den prächtigen Regenbogen, den feine Wassertröpfchen bei entsprechender Beleuchtung produzieren? Mit dem haben die Menschen vielleicht überhaupt die Vielfalt der Farben und deren Zusammenhänge erstmals bewusst erlebt. Viele Legenden ranken sich um ihn.
Regenbogen siehst du, wenn es regnet und die Sonne noch scheint. Aber auch in fein zerstäubtem Wasser wie von Springbrunnen oder Wasserfällen kannst du sie sehen. Auffällig ist, dass du dabei die Sonne immer im Rücken haben musst. Und du wirst bald feststellen: Je höher die Sonne steht, desto niedriger ist der Regenbogen. Die schönsten, über den ganzen Himmel hochreichenden Bögen siehst du abends, kurz vor Sonnenuntergang. Dahinter stecken einfache Gesetze der Optik.

Bild 2: Brunnen in Moskau (Foto: Blume)

Die Entstehung ist einfach zu erklären. Auf jeden einzelnen Wassertropfen fällt Sonnenlicht. Ein Teil des Lichts wird reflektiert, der Rest aber wird an der Grenzfläche Luft-Wasser gebrochen und verläuft im Tropfen weiter. Durch die Brechung wird das Licht in seine Spektralfarben zerlegt.

Bild 3 (Quelle: Cornelsen)

Nun wandert das Licht durch den Tropfen. Es trifft immer wieder auf die Luft-Wasser-Grenze. Ein Teil tritt aus, wird dabei erneut gebrochen, der andere Teil wird im Inneren reflektiert und bleibt im Tropfen. Das wiederholt sich mehrmals. Insgesamt treten ständig farbige Lichtbündel aus. Eines davon fällt unter etwa 40 ° in Richtung Erdoberfläche und erreicht das Auge des Betrachters.
Da das ganze in kugeligen Tropfen abläuft, liegen alle Lichtbündel auf einem Kreisbogen. Ein Regenbogen ist also kreisrund; wir sehen meistens nur einen Ausschnitt.
Von jedem Tropfen nehmen wir nur die Farbe wahr, die gerade in unser Auge fällt. Dabei erinnern wir uns, dass bei der spektralen Zerlegung von weißem Licht durch Brechung das blaue kurzwellige Licht stärker gebrochen wird als das rote langwellige.
So entsteht für uns insgesamt der Eindruck eines aufgefächerten, vielfarbigen Regenbogens.
Das können wir auch in einem kleinen Versuch zeigen: Ein Rundkolben wird mit Wasser gefüllt und an einer Stange befestigt. Das ersetzt den Regentropfen. Du stellst dich so hin, dass du das Sonnenlicht im Rücken hast. Nun schaust du unter einem halben rechten Winkel auf den "Tropfen". Wenn du den Kopf rauf und runter bewegst, beobachtest du eine Farbveränderung. Das geht übrigens auch mit Wassertropfen an der Fensterscheibe, die von der tiefstehenden Sonne seitlich beleuchtet werden.

Bild 4 (Quelle: Cornelsen)

Wenn man genau hinsieht, erkennt man im ersten Bild oben einen zweiten, schwächeren Regenbogen. Dessen Farben fächern sich entgegengesetzt auf. Grund ist, dass bei starker Lichtintensität im gleichen Tropfen Brechung und Reflexion des bereits aufgespaltenen Lichts noch einmal erfolgen. Dann läuft alles spiegelbildlich zum ersten Aufspalten ab. Damit kehrt sich in dem nun sichtbaren zweiten Regenbogen die Reihenfolge der Farben um. Achte mal darauf! Dieses Phänomen wird im folgenden Physikbuch erklärt.

Nach:
Physik für Gymnasien A/1, Cornelsen-Verlag Berlin 1991.

Halos
Viele Leute wissen gar nicht, wie bunt der Himmel auch ohne Regenbogen sein kann. Bei Wetterwechsel, wenn Cirrus-Wolken auftreten, gibt es farbige Wolken, die wie Perlmutter schimmern.

Bild 5: Bunte Wolke
(Foto: Blume)

Dazu kann man um die Sonne herum manchmal besondere Licht-Erscheinungen beobachten, die Halos. Beispiele hierfür sind ringförmige Sonnenhöfe, leuchtende Nebensonnen, Aufsitzbögen und vor allem der faszinierende Zirkumzenital-Bogen. Letzterer ist quasi ein umgedrehter Regenbogen.

Bild 6: Zirkumzenital-Bogen
(Foto: Blume)

Die Halos entstehen anders als der Regenbogen nicht durch Wechselwirkung von Sonnenlicht mit Wassertröpfchen, sondern mit Eiskristallen. Aus denen bestehen nämlich die hohen Cirrus-Wolken.

Über Halos berichten wir im Tipp des Monats 12/2014.

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