DIFFUSES HIMMELSBLAU
entsteht durch die STREUUNG VON SONNENLICHT AN LUFTMOLEKÜLEN („Rayleigh-Streuung“) UND STAUBPARTIKELN („Mie-Streuung“)
Das diffuse Himmelsblau ist demnach derjenige Teil des Sonnenlichtes, welcher durch kleine Partikel in der Atmosphäre in alle Richtungen gestreut wird und damit nicht direkt sondern diffus zu uns gelangt. Die blaue Färbung ist dabei auf die Wellenlängenabhängigkeit der atmosphärischen Lichtstreuung zurückzuführen, wonach gestreutes Licht überwiegend kurzwellige Anteile, violett und blau, aufweist. Insgesamt gesehen ist der violette Lichtanteil sogar größer als der blaue, wird aber wegen der geringeren Empfindlichkeit des menschlichen Auges in diesem Wellenlängenbereich weniger stark wahrgenommen.
Besonders deutlich tritt die Wellenlängenabhängigkeit bei der Streuung an den sehr kleinen Luftmolekülen hervor, während sie bei der Streuung an Staubpartikeln und auch kleinsten Wassertröpfchen bereits weniger klar bemerkbar ist und bei den noch größeren Wolkenpartikeln letztendlich sogar verschwindet. Aus diesem Grund gilt: Je trockener und sauberer die Atmosphäre desto blauer der Himmel während sich eine feuchte oder staubige Luft durch einen eher milchig blauen Himmel bemerkbar macht. Generell wird das Himmelsblau mit zunehmender Höhe intensiver, da Dunst- und Staubpartikel ihr größtes Mischungsverhältnis im Normallfall in den untersten Luftschichten erreichen. Übrigens: Die fehlende Wellenlängenabhängigkeit bei der Lichtstreuung an Wolkenpartikeln sorgt dafür, dass Licht, welches an diesen gestreut wird, seine Farbe beibehält. Bei weißem Sonnenlicht erscheinen also auch Wolkenpartikel, die von der Sonne angestrahlt werden, weiß. In Anlehnung an den wellenlängenunabhängigen Prozess der Lichtreflexion spricht man daher bei dieser Art von Streuung auch von diffuser Reflexion.
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Das diffuse Himmelsblau zeigt eine auffällige Richtungsabhängigkeit, die in der Überlagerung der unterschiedlichen Streubilder von Rayleigh- und Mie-Streuung begründet ist. So ist der Himmel in Sonnennähe zufolge der starken Vorwärtskomponente der Mie-Streuung meist weniger blau. Hingegen kann der Himmel vor allem in einem über den Zenit gezogenen knapp rechtwinkeligen Abstand zur Sonne eine recht ansehnliche tiefblaue Färbung entwickeln. Dies ist auf die durchaus beachtliche Seitwärtskomponente der Rayleigh-Streuung zurückzuführen, die zumindest in einer relativ trockenen und sauberen Atmosphäre jene der Mie-Streuung übertrifft. Da allerdings bei beiden Streuarten die Seitwärtsstreuung die jeweils schwächste Komponente innerhalb des Streubildes darstellt, ist der Himmel in dieser Region auch am dunkelsten. Etwas heller wird der Himmel dann wieder Richtung Sonnengegenpunkt mit zunehmender Rückwärtsstreuung, vor allem aber wegen der sogenannten Horizontaufhellung. Zu dieser kommt es aufgrund der in Horizontnähe optisch relativ dicken Luftmasse mit einer hohen Anzahl streuender Partikel und der darauf zurückzuführenden Vervielfachung der Streuung. Durch diesen Effekt ist die dunkelste Stelle am Himmel auch nicht exakt 90° von der Sonne entfernt zu finden sondern verschiebt sich z.B. in den mittleren Breiten bei großer Sonnenhöhe und homogener Luft bis nahe 70° an die Sonne heran.
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BLAUE BERGE
entstehen durch die FARBMISCHUNG AUS DIFFUSEM HIMMELSBLAU UND DUNKLEN BERGEN
In einer relativ trockenen und sauberen Atmosphäre werden Berge mit größerem Abstand immer blauer, da mit zunehmender Entfernung der Berge immer mehr Himmelsblau zwischen den Bergen und dem Betrachter liegt und dieses Blau auch immer mehr über der dunklen Eigenfarbe der Berge dominiert. Ist die Luft allerdings feucht oder staubig, so nehmen entfernte Berge einen zunehmend milchigen Farbton ein.
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ALPENGLÜHEN
entsteht durch die RÖTUNG VON REFLEKTIERTEM SONNENLICHT DURCH STREUUNG AN LUFTMOLEKÜLEN
Licht, das von leuchtenden Flächen ausgeht, wird auf dem Weg zum Betrachter zu längeren Wellenlängen hin verschoben („gerötet“), da ja durch die atmosphärische Lichtstreuung die kurzwelligen Anteile, violett, blau und grün, in stärkerem Maße „verloren“ gehen als die langwelligen Anteile, gelb, orange und rot. Dadurch erscheinen z.B. entfernte helle Schneefelder oder von der Sonne beleuchtete Felsen nicht mehr weiß sondern gelbbräunlich gefärbt. Das eigentliche Alpenglühen beruht allerdings darauf, dass die Schneefelder und Felsen von bereits orange oder rot gefärbtem Sonnenlicht beleuchtet und durch das „Herausstreuen“ der kürzeren Wellenlängen noch zusätzlich „gerötet“ werden.
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ABENDROT/MORGENROT
entsteht durch die RÖTUNG VON SONNENLICHT DURCH STREUUNG AN LUFTMOLEKÜLEN, STAUBPARTIKELN UND KLEINSTEN WASSERTRÖPFCHEN SOWIE durch DIFFUSE REFLEXION AN WOLKEN
Sonnenlicht wird auf dem Weg durch die Atmosphäre zu längeren Wellenlängen hin verschoben („gerötet“), da durch die atmosphärische Lichtstreuung die kurzwelligen Anteile des Sonnenlichtes, violett, blau und grün, in stärkerem Maße „verloren“ gehen als die langwelligen Anteile, gelb, orange und rot. Je niedriger dabei die Sonnenhöhe desto länger ist der Weg durch die Atmosphäre und desto größer fällt die Menge an „herausgestreutem“ Sonnenlicht aus. Die Folge ist eine gelbe, orange und am Horizont letztendlich rote Färbung der Sonne sowie auch deren naher Umgebung, dem Wirkungsbereich der starken Vorwärtskomponente der Mie-Streuung in Verbindung mit der in Horizontnähe generell auftretenden Vielfachstreuung. Diese beiden Effekte führen übrigens auch dazu, dass in einer feuchten oder staubigen Luft das Abendrot/Morgenrot spektakulärer ausfällt als in einer trockenen und sauberen Atmosphäre, weil durch die intensive Streuung an Staubpartikeln oder kleinsten Wassertröpfchen das gerötete Sonnenlicht über einen größeren Himmelsbereich verteilt wird. Eine besonders schöne Ausprägung entfaltet das Abendrot/Morgenrot fallweise bei Vorhandensein von hohen, vor allem aber mittelhohen Wolken, wenn diese das bereits rot gefärbte Sonnenlicht noch weitläufig diffus reflektieren. Dies kann auch dann der Fall sein, wenn sich die Sonne noch oder bereits unter dem Horizont befindet.
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ERDSCHATTEN/GEGENDÄMMERUNG
entsteht durch die STREUUNG VON GERÖTETEM SONNENLICHT AN LUFTMOLEKÜLEN, STAUBPARTIKELN UND KLEINSTEN WASSERTRÖPFCHEN
Nach Sonnenuntergang während der bürgerlichen Abenddämmerung bzw. vor Sonnenaufgang während der bürgerlichen Morgendämmerung kann bei klarer Luft knapp über dem Horizont auf der der Sonne gegenüberliegenden Seite ein bleigrauer Streifen, der Erdschatten, beobachtet werden. Er markiert diejenige Zone, welche durch den Erdkörper vom direkten Sonnenlicht abgeschirmt ist. Oberhalb des Erdschattens tritt die Gegendämmerung auf, ein blasses rosa gefärbtes Licht, welches durch die Rückwärtsstreuung von gerötetem Sonnenlicht nach sehr langem Weg durch die Atmosphäre zustande kommt.
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ist das Licht auf der Gegenseite blass (rechtes Bild: Gegendämmerung mit Erdschatten am Abend, Hocheck, Österreich, 11.12.2004). |
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PURPURLICHT
entsteht durch die STREUUNG VON GERÖTETEM SONNENLICHT AN LUFTMOLEKÜLEN UND STAUBPARTIKELN, VOR ALLEM ABER AN HOCHLIEGENDEN AEROSOLSCHICHTEN
Das Purpurlicht entsteht einige Zeit nach Sonnenuntergang und kann bei günstigen Verhältnissen und klarem Wetter bis in die nautische Abenddämmerung anhalten bzw. bereits ab der nautischen Morgendämmerung bis einige Zeit vor Sonnenaufgang auftreten. Es erscheint oberhalb der unter dem Horizont befindlichen Sonne und ist auf Komponenten der Vorwärtsstreuung von gerötetem Sonnenlicht nach längerem Weg durch die Atmosphäre zurückzuführen. Das Purpurlicht ist oft nur schwach ausgeprägt, kann aber zum Beispiel nach Vulkanausbrüchen eine auffällige Helligkeit entfalten, wenn die Streuung an einer optisch aktiven Schicht aus Vulkanaerosolen idealerweise in der mittleren Stratosphäre erfolgt. Für die Entstehung von ansehnlichem Purpurlicht ist aber nicht nur eine ausreichende Menge streuender Partikel notwendig sondern auch eine für das Sonnenlicht durchlässige, also im wesentlichen wolkenfreie Schicht knapp unterhalb des Horizonts.
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BLAUE STUNDEN
entstehen durch die STREUUNG VON DURCH DIE OZONSCHICHT VERÄNDERTEM SONNENLICHT AN LUFTMOLEKÜLEN UND STAUBPARTIKELN
Verantwortlich für die charakteristische Blaufärbung des Himmels oberhalb von Abendrot/Morgenrot, Erdschatten/Gegendämmerung und Purpurlicht während der bürgerlichen und nautischen Abend- und Morgendämmerung ist die Ozonschicht, welche zu dieser Zeit in weitem Umkreis um den lokalen Zenit von einem annähernd parallel zur Erdoberfläche verlaufenden oder einem von knapp unterhalb des Horizontes kommenden Sonnenstrahl streifend durchlaufen wird. Auf diese Weise legt das Sonnenlicht einen verhältnismäßig langen Weg durch die Ozonschicht zurück und erfährt dadurch eine übermäßig starke Absorption, u.a. auch durch das Chappuis-Absorptionsband, welches zwar nahezu den gesamten sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums umspannt, hauptsächlich aber das grüne, gelbe, orange und kürzerwellige rote Licht abschwächt. Da der verbleibende längerwellige Teil des roten Lichts nur unwesentlich gestreut wird, enthält die zum Beobachter gerichtete Seitwärtskomponente der Streuung fast nur noch blaue und violette Anteile und erscheint daher bei klarem Wetter tiefblau.
SAHARASTAUB/SAHARASAND
entsteht durch die STREUUNG VON SONNENLICHT AN SAHARASTAUB/SAHARASAND
Trifft Sonnenlicht auf Partikeln, die deutlich größer sind als die Wellenlänge des Lichts, so werden alle Farbanteile etwa gleich stark gestreut. Damit wird das direkte Sonnenlicht insgesamt zwar geschwächt, in ihrer Farbe aber selbst bei geringer Sonnenhöhe nur relativ wenig verändert. Der Unterschied zwischen Saharastaub und Saharasand liegt dabei in der Größe der einzelnen Partikel. Körnchen mit Durchmessern bis zu 10µm werden im allgemeinen dem Staub zugerechnet, größere Teilchen dem Saharasand.
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Andreas Pfoser, 16. Januar 2019