Wetterlexikon

Warum ist der Himmel blau?

Diese Frage, die auch sehr gern von Kindern gestellt wird, kann man physikalisch beantworten. Das Sonnenlicht, welches aus dem Weltraum kommt, trifft auf unsere Atmosphäre und dann passiert Folgendes: Licht ist eine elektromagnetische Welle. Trifft sie auf die Moleküle der Luft, wird das Licht an den Luftmolekülen gestreut. Das Licht, welches wir mit unseren Augen sehen können, hat eine Wellenlänge von etwa 400 nm bis 800 nn (nm = Nanometer = 1⋅10^-9 Meter = 1 Milliardstel von 1 Meter). Die Größe der Luftmoleküle ist aber noch um ein Vielfaches kleiner als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts. In diesem Fall passiert an den Luftmolekülen die sogenannte Rayleigh-Streuung. Und jetzt das Entscheidende: Bei der Rayleigh-Streuung ist die Stärke der Streuung proportional zu λ^-4 (= 1 ⁄ λ⁴), wobei λ die Wellenlänge des Lichts ist. Vereinfacht ausgedrückt heißt dies, dass die Streuung extrem (da zur 4. Potenz) von der Wellenlänge und damit von der Farbe des Lichts abhängt.

Ein Beispiel, um dies zu verdeutlichen:

Blaues Licht liegt am kurzwelligen Ende des sichtbaren Lichtsprektrums und rot am langwelligen. Nun nehmen wir für blaues Licht eine realistische Wellenlänge von 400 nm und für rotes Licht eine Wellenlänge von 800 nm an und rechnen die 4. Potenz, also λ⁴ von beiden Wellenlängen aus. Vergleicht man beide Ergebnisse, stellt man fest, dass sich beide Werte um den Faktor 16 unterscheiden. Auf die Rayleigh-Streuung bezogen bedeutet dies, dass blaues Licht 16-mal stärker in der Atmosphäre gestreut wird als rotes Licht! Beobachten wir gestreutes Licht von der Sonne - und das ist genau das Licht, was nicht direkt von der Sonne kommt, sondern aus allen anderen Richtungen, dann ist der blaue Anteil viel stärker vertreten als andere Farben. Daher ist der Himmel blau!

Anmerkung: Wird Licht an deutlich größeren Teilchen gestreut, wie zum Beispiel Wolkentröpfchen, so gilt die Rayleigh-Streuung nicht mehr. Liegen Wellenlänge des Lichts und Größe der Teilchen, an denen gestreut wird, in derselben Größenordnung, dann gilt die sogenannte Mie-Streuung. Hier ist die Stärke nur ganz wenig von der Wellenlänge abhängig, so dass alle Farben praktisch gleichwertig gestreut werden. Und was ergibt sich, wenn alle Farben dabei sind: weiß. Aus diesem Grund erscheinen auch die Wolken weiß - und nun erzählen sie dies alles Ihrem 9-jährigen Kind - nun ja.