An einem klaren Tag scheint der Himmel blau zu sein. Foto: Vector8DIY / shutterstock.com

Der Weltraum ist schwarz, direktes Sonnenlicht weiß. Wie kann es also sein, dass der Himmel am Tag blau erscheint? Wir klären auf.

Kurzantwort:

Der Himmel erscheint am Tage blau, weil das Sonnenlicht durch Stickstoff- und Sauerstoffmoleküle in der Erdatmosphäre hauptsächlich in kurzwelliges blaues Licht zerstreut wird.

Erklärung

Die Sonne gibt Licht ab, das sich wellenförmig durch die Atmosphäre bewegt. Sieht man die Lichtstrahlen in ihrer Gesamtheit, das heißt, schaut man direkt in die Sonne, erscheinen sie gelblich-weiß.

Die Farbe des Himmels aber wird von gestreutem Licht gebildet, das auf seinem Weg zu uns von den Gasmolekülen in der Erdatmosphäre abgelenkt wird. Hauptsächlich von Stickstoff und Sauerstoff.

Je nach Sonnenstand verändert sich die Distanz, die das Licht zurücklegen muss. Am Tage, bei hohem Sonnenstand, ist der Weg zu uns relativ kurz. Das heißt, aus dem bunten Farbspektrum des Lichtes wird hauptsächlich das kurzwellige blaue Licht gestreut.

Während der Dämmerung, wenn die Sonne niedriger steht, verlängert sich der Weg zu uns und das Licht erscheint rötlich bis orange.

Dass wir überhaupt wissen, warum der Himmel blau ist, verdanken wir dem Engländer John Strutt, 3. Baron Rayleigh. Er entdeckte das Phänomen der Lichtstreuung in der Atmosphäre, weshalb es nach ihm benannt wurde: Rayleigh-Streuung.

Was bedeutet das im Detail?

Wenn Licht durch die Atmosphäre wandert, versetzt es die elektrisch geladenen Teilchen (Protonen und Elektronen) der Luftmoleküle in Schwingung. Die Teilchen erzeugen daraufhin eine elektromagnetische Strahlung in derselben Frequenz wie die Lichtstrahlen, die das Licht in die verschiedensten Richtungen verteilt: Streuung.

Da blaues Licht kürzere Wellenlängen und eine höhere Frequenz als rotes Licht hat, erzeugt es stärkere Schwingungen innerhalb der Teilchen.

Es wird also viel mehr blaues Licht gestreut, was zur Folge hat, dass der Himmel blau erscheint. In der Dämmerung ändert sich die Farbe des Himmels. Das blaue Licht wurde auf seinem langen Weg so oft gestreut, dass es quasi unsichtbar wird. Somit sehen wir den Teil des Farbspektrums, der weniger stark gestreut wird: Rot. Durch Abgase und andere Luftverschmutzungen kann es darüber hinaus zu weiteren Streuungen kommen, die für eine spektakuläre Farbpracht am Horizont sorgen.

Warum wird der Himmel am Horizont heller?

Streckt man den Kopf an einem klaren Tag in den Himmel und lässt den Blick einmal abwärts zum Horizont wandern, wird deutlich, dass seine blaue Farbe immer mehr verblasst. Zu erklären ist dieses Phänomen durch die größere Distanz, die das Licht vom Horizont zu uns zurücklegt. Die Luftmoleküle haben es wieder und wieder zerstreut, sodass am Ende weniger blaues Licht zu uns gelangt.

Bis wohin ist der Himmel blau?

Die Rayleigh-Streuung findet größtenteils in der Troposphäre statt, also der untersten Schicht der Erdatmosphäre. Diese reicht vom Erdboden etwa 15 km hoch in den Himmel und beinhaltet mitsamt der Stratosphäre circa 99 % der Luftmassen. Der Übergang vom blauen zum dunklen Himmel passiert irgendwo zwischen Troposphäre und Stratosphäre. Sehr schön wird der Übergang bei einem Raketenstart sichtbar.

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