Der Ursprung der Rayleigh-Streuung - Warum der Himmel blau erscheint

1. Was ist Rayleigh-Streuung?

Rayleigh-Streuung ist ein physikalisches Phänomen, das beschreibt, wie Licht mit sehr kleinen Partikeln interagiert.

Es wurde erstmals im 19. Jahrhundert vom britischen Physiker John William Strutt (Lord Rayleigh)erklärt. Seine Arbeit zeigte, dass, wenn Licht durch ein Medium mit Partikeln geht, die viel kleiner sind als die Wellenlänge des Lichts — wie Gasmoleküle in der Atmosphäre — das Licht

gestreut wird, anstatt sich in einer geraden Linie zu bewegen.

Diese Art der Streuung ist besonders wichtig, um zu verstehen, wie sich Sonnenlicht in der Erdatmosphäre verhält.

2. Wie Sonnenlicht mit der Atmosphäre interagiert

Sonnenlicht, das die Erde erreicht, erscheint weiß, aber es ist tatsächlich eine Mischung aus vielen verschiedenen Farben, jede mit einer anderen Wellenlänge.

Wenn Sonnenlicht in die Atmosphäre eintritt, trifft es auf unzählige winzige Gasmoleküle, hauptsächlich Stickstoff und Sauerstoff. Diese Moleküle sind viel kleiner als die Wellenlängen des sichtbaren Lichts, was die Rayleigh-Streuung zum dominierenden Effekt macht.

Ein Hauptmerkmal der Rayleigh-Streuung ist, dass

kürzere Wellenlängen viel stärker gestreut werden als längere Wellenlängen.Einfach ausgedrückt:

Blaues Licht hat eine kurze Wellenlänge

• Rotes Licht hat eine längere Wellenlänge

• Kurze Wellenlängen werden viel effizienter gestreut

• 3. Warum der Himmel blau aussieht

Weil blaues Licht stark in alle Richtungen gestreut wird, verteilt es sich über den gesamten Himmel.

Egal wohin man sich tagsüber umschaut, gestreutes blaues Licht erreicht die Augen aus jeder Richtung.

Längere Wellenlängen, wie rotes und oranges Licht, passieren die Atmosphäre direkter und werden weniger gestreut.

Infolgedessen:

Der Himmel erscheint tagsüber blau

• Die Sonne selbst erscheint eher gelblich als rein weiß

• 4. Warum der Himmel nicht violett ist

Obwohl violettes Licht eine noch kürzere Wellenlänge als blaues Licht hat, erscheint der Himmel aus mehreren Gründen nicht violett:

Zusammen machen diese Faktoren Blau zu der dominierenden Farbe, die wir wahrnehmen.

Sonnenlicht enthält weniger violettes Licht als blaues Licht

• Das menschliche Sehvermögen ist weniger empfindlich für violette Wellenlängen
• Ein Teil des violetten Lichts wird in der oberen Atmosphäre absorbiert
• 5. Warum Sonnenuntergänge und Sonnenaufgänge rot erscheinen

Wenn die Sonne tief am Horizont steht, legt das Sonnenlicht einen viel längeren Weg in der Atmosphäre zurück.

Während dieser langen Reise:

Das meiste blaue und grüne Licht wird weggestreut

• Rote und orange Wellenlängen bleiben erhalten und erreichen den Betrachter
• Deshalb zeigen Sonnenuntergänge und Sonnenaufgänge oft warme Rot-, Orange- und Goldtöne.