Warum sehen wir den Himmel tagsüber blau?
Für Fragen des Alltags immer noch eine der besten Sendungen im deutschen TV: Die Sendung mit der Maus. (Und ja, das meine ich ernst.)
Ralph Caspers hat dort auch einmal sehr schön in gut 6 Minuten erklärt, warum der Himmel tagsüber blau ist:
Ok, physikalisch mehr in die Tiefe geht dieser Text hier:
Wissenstexte - Himmelsblau
Wieso ist der klare Himmel blau … … obwohl man gelernt hat, das Sonnenlicht sei weiß? Allerdings lautet die Frage genau genommen: Wieso hat der Himmel überhaupt eine Farbe – der Himmel des Mondes ist ja auch schwarz. Im Unterschied zum Mond ist die Erde von einer Atmosphäre aus Stickstoff und Sauerstoff umgeben. Nun ist das Blau zwar nicht die Farbe dieser beiden Gase, aber die Luftmoleküle sind dennoch die Verursacher des Himmelsblaus. Um dies zu verstehen, müssen wir etwas weiter ausholen: Streuung von elektromagnetischen Wellen Licht ist eine elektromagnetische Welle, also eine Abfolge schwingender, das heißt sich periodisch ändernder elektrischer und magnetischer Felder. Diese Felder üben Kräfte auf elektrische Ladungen aus, elektromagnetische Wellen versetzen Ladungen also in Schwingung. Andererseits sind schwingende elektrische Ladungen selbst wiederum Sender von elektromagnetischen Wellen. Auch die Elektronen der Atome und Moleküle sind elektrisch negativ geladene Teilchen. Trifft eine elektromagnetische Welle auf ein Atom, werden die Elektronen daher in Schwingung gegenüber dem Atomkern versetzt – wenn die Energie des Lichtes zu klein ist, um einfach absorbiert zu werden. (Die elektrisch positiv geladenen Atomkerne sind sehr viel schwerer als die Elektronen, so dass man ihre Bewegung vernachlässigen kann.) Aufgrund dieser Schwingung sind die Elektronen nun selbst Quelle einer neuen Welle – die zwar dieselbe Frequenz wie die ursprüngliche Welle hat, aber in alle möglichen Richtungen gesendet werden kann. Insgesamt wird also die ankommende Lichtwelle in eine andere Richtung abgelenkt. Diesen Vorgang nennt man Streuung. nach oben springen Die Streuung hängt von der Farbe des Lichtes ab Sonnenlicht ist weiß, weil es sich aus allen Spektralfarben zusammensetzt – die Aufspaltung in die einzelnen Farben sieht man bekanntlich im Regenbogen (die Aufspaltung im Regenbogen hat mit Lichtbrechung zu tun, nicht mit Streuung.) Auch Streuung kann zu einer „Aussortierung“ von Farben führen, da die Stärke der Streuung zum eine von der Teilchengöße und zum anderen von der Wellenlänge des einfallenden Lichtes abhängt. So werden an Luftmolekülen nicht alle Farben (also nicht alle Wellenlängen) gleich stark gestreut – je kürzer die Wellenlänge, desto stärker die Streuung. Blaues Licht wird also stärker gestreut als rotes. Trifft nun das weiße Sonnenlicht auf die Atmosphäre, geht ein großer Teil des roten Lichtes geradewegs durch die Atmosphäre hindurch, ohne von Molekülen in der Atmosphäre gestreut zu werden. Vom blauen Licht wird dagegen ein größerer Anteil an Luftmolekülen gestreut und in andere Richtungen gelenkt. Es finden sich in jedem Teil des Himmels, gleichgültig wohin wir sehen, genug Moleküle, die einen blauen Lichtstrahl gerade so ablenken, dass er in unsere Richtung läuft. Blaues Licht fällt deshalb aus jeder beliebigen Richtung vom Himmelsgewölbe in unsere Augen und wir sehen den Himmel blau. Die anderen Farben kommen im wesentlichen nur direkt vo
https://wissenstexte.de/physik/himmelsblau.htm
Für die, die es genauer wissen wollen. 😉
Das Licht der Sonne muss auf dem Weg in unser Auge die Atmosphäre durchqueren. Dabei kommt es zur Streuung der Lichtwellen an den Molekülen in der Luft. Weil die Luftmoleküle in etwa vergleichbare Größe haben, wie die Wellenlängen des sichtbaren Lichtes, gelten dabei die Formeln der Rayleigh-Strahlung. Diese Streuung ist besonders effektiv für die energiereichsten Anteile des Lichtes - und das ist im sichtbaren Bereich das blaue Licht.
Blaue Lichtanteile werden also aus der Richtung der Sonne herausgestreut - und fallen dann aus allen Richtungen in unser Auge. Deswegen erscheint uns der Himmel blau.
Je länger der Weg des Lichts durch die Atmosphäre ist, desto mehr werden auch langwelligere Anteile des Sonnenlichts gestreut. Deswegen ist am Morgen und am Abend der Himmel so schön orange oder rosa.
Übrigens - Teil 1: natürlich hört die Streuung nicht an der Grenze unserer Sehfähigkeit auf. UV wird sogar noch etwas effektiver in der Atmosphäre gestreut als das blaue Licht. Im UV kann man deshalb "nicht weit gucken" - hier veranschaulicht:
Übrigens - Teil 2: Wolken sind weiß, weil die Wassertröpfchen darin größer als die Luftmoleküle sind - und auch groß gegen die Wellenlängen des sichtbaren Lichtes. Dann beschreiben nicht mehr die Formeln von Rayleigh die Streuung des Lichtes gut, sondern man bracht die Formeln der Mie-Streuung. Die sind aber nicht so sehr wellenlängenabhängig. - Und prompt werden unter diesen Verhältnissen alle Wellenlängen des sichtbaren Lichtes vergleichbar gestreut, was die Wolken (so lange sie nicht zu dick sind) weiß erscheinen lässt. Ganz ähnlich schaut es übrigens auch bei Sandstürmen aus.
Warum ist der Himmel blau?
Warum ist der Himmel blau? | Physikalische Soiree | Wissen
https://www.phyx.at/blauerhimmel/