Hallo, kann mir jemand erklären warum ein Regenbogen wie ein Bogen geformt ist?

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Warum ist der Regenbogen "gebogen" und nicht gerade oder in einer anderen Form? (fragt Friedhelm Willenborg aus Günzburg)

Regenbogen entstehen immer dann, wenn Sonnenschein und Niederschlag gemeinsam auftreten. Das weiße Sonnenlicht wird dabei von den Wassertropfen in seine Spektralfarben aufgespalten.

Und wie das geht, erklärt Gerhard Lux vom Deutschen Wetterdienst: "Die Sonnenstrahlen treffen auf die Tropfen, runde Tropfen, sonst wird nichts aus dem Bogen. Der Lichtstrahl wird nun vom optisch dünneren Medium Luft zum optisch dichteren Medium Tropfen zum Lot hin gebrochen. An der "Rückwand" des Tropfens wird der gebrochene Lichtstrahl reflektiert, bei seinem Austritt aus dem Tropfen erneut gebrochen. Diesmal vom dichteren Medium Tropfen zum dünneren Medium Luft vom Lot weg."

Mit dem Rücken zur Sonne

Zwischen dem Licht, das auf den Tropfen trifft und dem Licht, das den Tropfen verlässt, liegen so ungefähr 42 Grad. Allerdings werden die unterschiedlichen Spektralfarben des einen weißen Lichtstrahles leicht unterschiedlich gebrochen, wodurch sich die Aufspaltung des weißen Lichtes in farbiges Licht ergibt. Blau wird immer in einem Winkel von annähernd 40 Grad gebrochen, rot in einem Winkel von rund 42 Grad - und zwar in jedem Tropfen.

Ein Regenbogen wird sichtbar, wenn der Betrachter mit dem Rücken zur Sonne steht und auf eine Regenwand vor ihm blickt. Alle Tropfen, die das von der Sonne kommende Licht genau in sein Auge lenken, werden sichtbar und bilden den Regenbogen.

Der Beobachter muss mit dem Rücken zur Sonne stehen, um einen Regenbogen sehen zu können.
Der Beobachter muss mit dem Rücken zur Sonne stehen, um einen Regenbogen sehen zu können.
"Einen Regenbogen nehmen wir immer als Teil eines eigentlich geschlossenen Kreises wahr", ergänzt Lux. Streng genommen sieht dabei jeder Mensch seinen eigenen, persönlichen Regenbogen, bestehend aus der Überlagerung vieler, vieler reflektierter Lichtstrahlen einer bestimmten Farbe, die von verschiedenen Tröpfchen kommend alle mit dem gleichen Winkelabstand in das Betrachter-Auge treffen. Dadurch entsteht der Eindruck eines runden Farbbogens.

Voller Halbkreis bei Sonnenauf- und -untergang

"Weil der geometrische Ort aller Punkte in der Bildebene mit gleichem Reflexionswinkel und dem Beobachter auf der optischen Achse der Kreis ist, tritt der Regenbogen immer rund als Kreisbogen in Erscheinung", erläutert Lux. Die Höhe des sichtbaren Kreisbogens hängt von der Stellung der Sonne am Horizont ab. Bei Sonnenauf- und Sonnenuntergang sieht man einen vollen Halbkreis. Dieser reduziert sich mit steigender Sonnenhöhe zu immer kleiner werdenden Kreisbögen und verschwindet schließlich ganz.

Die Sonne darf dabei nicht höher als 42 Grad über dem Horizont stehen. Das ist auch der Grund, warum in den Tropen und in tropennahen Regionen, wo die Sonne sehr viel höher am Himmel steht als in polarnäheren Gebieten, Regenbögen sehr viel seltener zu beobachten sind und wenn, dann nur in den frühen Morgen- oder späten Nachmittagsstunden.

Der einfallende Lichtstrahl wird gebrochen, reflektiert und beim Austritt erneut gebrochen.
Der einfallende Lichtstrahl wird gebrochen, reflektiert und beim Austritt erneut gebrochen.
Umgekehrte Farbfolge im Nebenbogen

Zuweilen sind zwei Regenbögen gleichzeitig zu sehen. Dann spricht man von einem Nebenregenbogen. Während im Hauptregenbogen der Winkel zwischen dem einfallenden und ausfallenden Licht 42 Grad beträgt, liegt er im Nebenbogen bei rund 53 Grad. Grund: Das Licht wird in den Regentropfen des Nebenbogens zweimal reflektiert, wodurch sich der Winkel vergrößert.

Die Farbfolge ist im Nebenbogen dann genau umgekehrt zu der des Hauptbogens. Von außen nach innen: violett, blau, grün, gelb, orange, rot. Wenn sie überhaupt zu sehen sind, erscheinen Nebenbögen deutlich schwächer als der primäre Regenbogen.

Manchmal kann man übrigens auch einen geschlossenen Regenbogen sehen, verrät Lux. "Im optimalen Fall (z.B. vom Flugzeug aus) sehen wir einen kompletten Kreis."

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