Farbphänomene in der Natur und ihre Erklärung:

Warum ist der Himmel normalerweise blau aber das Abend- bzw. Morgenrot rot ?

Das Licht, das zu uns auf die Erdoberfläche gelangt, muss zunächst die Lufthülle durchqueren. Genau hierbei ereignet sich der Vorgang, der den Himmel für uns blau einfärbt.

Das Sonnenlicht ist rein weiß und enthält - wie weißes Licht generell - alle Farben, vom kurzwelligen blauen bis zum langwelligen roten Licht. Ein Prisma zeigt uns die verschiedenen Anteile des Lichtes indem es die unterschiedlichen Wellenlängen und damit Brechungseigenschaften des Lichtes ausnützt und es in seine Anteile aufspaltet. Bei klarer sauberer Luft und wolkenfreiem Himmel trifft dieses weiße Licht auf die “Luftteilchen” (Moleküle). Diese werden vom blauen Anteil in der Lichtstrahlung angeregt und strahlen nun diesen Blauanteil des Lichtes nach allen Seiten ab. Der “Himmel” (die Atmosphäre bzw. die höheren Luftschichten) strahlen blau. Je bläulicher das Licht, desto stärker wird es gestreut. Dieser Streuvorgang findet bei allen Farben des Lichts unterschiedlich stark statt. Der Rest, das Licht mit größerer Wellenlänge, das uns Rot, Gelb und Grün erscheint, wird von den Luftteilchen bei weitem weniger aufgenommen und gestreut und gelangt daher ungehindert zur Erde. Insofern lassen die zahlreichen Luftmoleküle den Himmel blau schimmern. Auf Planeten ohne Lufhülle wie dem Mond, gibt es daher auch keinen blauen Himmel (s. unten).

Abendrot

Das Morgenrot bzw. Abendrot entsteht durch den tiefen Stand der Sonne und den weiten Weg des Lichtes, den es durch viel mehr Luftmoleküle zurücklegen muß. Hier wird dann nicht nur der Blauanteil gestreut, sondern es kommt nur noch rotes Licht - als am geringsten streubares Licht - zu uns durch. Noch stärker rötlich wird der Sonnenuntergang und manchmal auch der Tag, wenn sehr viele Staubteilchen in der Luft sind wie bei Sandstürmen oder nach Vulkanausbrüchen.

Warum erscheint uns die Sonne mal Weiß, mal Gelb und dann wieder Rot ?

An sich ist das Sonnenlicht weiß, da es alle Farben erhält. Steht die Sonne hoch am Himmel, dringt ihr Licht sehr gut zu uns durch und nur ein kleiner Blauanteil (s.o.) geht unterwegs verloren. Daher erscheint das verbliebene Licht der Sonne leicht gelblich, denn er Blauanteil fehlt. Ist sie sehr hell, werden jedoch alle Lichtrezeptoren in unserer Netzhaut so stark gereizt bzw. “überbelichtet”, daß wir das Licht als weiß empfinden. Ein überbelichtetes Photo ist ja auch in den zu stark belichteten Stellen nur noch weiß. Steht die Sonne jedoch tiefer, muß ihr Licht einen viel weiteren Weg durch die Atmosphäre zurücklegen und weitaus mehr Lichtanteile werden gestreut und gelangen nicht mehr zu unserem Auge. Es verbleibt das langwelligste (“linientreueste”) und am wenigsten gestreute rote Licht. Die Sonne erscheint uns rot. Dies kann auch bei hochstehender Sonne passieren, wenn eine starke Nebelwetterlage oder eine sehr staubhaltige Luft wie bei einem Wüstensturm vorliegt. Die Sonne wirkt dann kupferrot.

Gibt es auf dem Mond auch einen blauen Himmel und farbige Sonnenuntergänge ?

Im Gegensatz zur Erde hat der Mond keine Lufthülle. Es kann also kein Licht durch Gasmoleküle gestreut werden. Der Himmel auf dem Mond ist daher immer (auch tagsüber) rein schwarz, da von dort auch kein Licht kommt. Nur die Sterne und die Sonne leuchten. Man sieht die Sterne tags wie nachts gleich gut. Die Sonne ist mangels Streuungseffekt immer weiß, auch wenn sie untergeht.

Warum erscheint klares Wasser blau oder manchmal auch grünlich ?

Schimmert nicht der Boden in seiner Farbe durch, spiegelt sich einfach das Himmelsblau im Wasser oder mikroskopisch kleine Pflanzenteile reflektieren das Licht grün.

Warum erscheint Eis teilweise bläulich ?

Ganze Schneelandschaften oder vereiste Strukturen, vor allem im Schatten, wirken häufig bläulich. Dies liegt daran. daß die gefrorenen Wasserpartikel den roten Sonnenlichtanteil schlucken (absorbieren) und nur den blauen Anteil zurückwerfen (reflektieren).

Jökulsarlon

Welche Tiere können ihre Farbe der Umgebung anpassen und wie machen die das ?

Am bekanntesten diesbezüglich ist das Chamäleon. Eine baumbewohnende Echse, von der 120 Arten bekannt sind. Die Fähigkeit rasch und häufig die Hautfarbe zu wechseln fasziniert immer wieder. Dies drückt einerseits Gefühlszustände (Hunger, Ruhebedürfnis, Sattheit etc.) aus und stellt andererseits eine Reaktion auf Licht- und Wärmeverhältnisse der Umgebung dar. Vielleicht können wir das mit unserer Leichenblässe bei Stress und unserer Gesichtsrötung bei peinlichen Situationen z.B. vergleichen. Entgegen landläufiger Meinung vermögen diese Echsen aber nicht eine rasche Tarnfarbe zu erzeugen. Meister hierin sind die Schollen (eine Plattfischart) und zahlreiche Kopffüßler (Tintenfische).

Chamäleon

Auch die Tintenfische nutzen die Farbveränderungen zur Kommunikation. Wut und Angst zeigt sich in einer weißen Färbung und zur Bedrohung von Rivalen dient ein Zebramuster. Weiterhin sind die Tintenfische auch noch in der Lage mittels in der Haut vorhandenen Muskeln die Oberflächenstruktur der Umgebung zu kopieren, was den Tarneffekt noch verstärkt.

Wie funktioniert nun der Tarneffekt ? Die Schollen und die Tintenfische sehen ihre Umgebung und deren Farbe und Struktur. Bei Bedrohung erfolgt ein nervös und hormonell gesteuerter Farbwechsel, bei dem mittels kleiner Hautmuskeln Farbstoffe (Pigmente) enthaltene Hautzellen (Chromatophoren) verformt werden. Durch Verdichtung oder flachere Verteilung der Pigmente in den Zellen ändert sich die Farbe. Ähnlich - aber nicht zur Tarnung - funktioniert das auch beim Chamäleon. Die einzigen anderen Lebewesen, die noch über derartige Fähigkeiten verfügen, sind einige Krebse und Schnecken.

Wie entsteht ein Regenbogen ?

Regenbogen

Oben sieht man einen farbverstärkten Ausschnitt aus einem Regenbogen. Innen fängt er im Blaubereich an und geht aussen in den Rotbereich über. Der Nebenregenbogen würde dann mit rot innen anfangen und nach aussen bläulich werden.

Wenn Sonnenlicht auf einen Regentropfen trifft, wird es in seiner Richtung abgelenkt (gebrochen), dann von der anderen Innenseite des Tropfens reflektiert und tritt schließlich aus der Eintrittsseite in einem Winkel von 42° zum Eintritt wieder aus. BeimAustreten aus dem Regentropfen wird es wie bei einem Prisma (siehe auch unter Farbensehen)in seine verschiedenen Bestandteile (Farben) aufgespalten (siehe Bild links). Regnet es nun und scheint die Sonne dazu, geschieht dies millionenfach und ein Regenbogen zeigt sich. Wir müssen, um ihn sehen zu können, mit dem Rücken zur tiefstehenden Sonne stehen und in Richtung der Regenwand schauen. Wird das Licht gar innerhalb des Regentropfens zweimal reflektiert, entsteht ein Doppelregenbogen. Beim zweiten höher gelegenen Regenbogen, dem sogenannten Nebenregenbogen ist die Farbfolge durch die Spiegelung aber umgekehrt und er ist etwas blasser, da durch das Spiegeln das Licht auch abgeschwächt wird. Um den Nebenregenbogen - der immer entsteht ! - sehen zu können, muß das

Licht daher sehr hell sein. Ein dritter Regenbogen ist prinzipiell denkbar, da er aber - bedingt durch die mehrfache Reflexion - noch schwächer in der Helligkeit ist, ist er noch nie gesichtet worden. Bei optimalen Bedingungen sieht man einen kompletten Halbkreis. Nur aus dem Flugzeug oder von hohen Bergen aus, kann man einen vollständigen Regenbogenkreis sehen.

Was ist das Polarlicht ?

Nordlicht

Das Polarlicht ist eine Leuchterscheinung, die in den Polargebieten der Erde (Nordlicht = Aurora borealis am Nordpol und Südlicht = Aurora australis am Südpol) am Himmel auftritt, wenn elektrisch geladene Partikel von der Sonne (Sonnenwinde) mit Luftmolekülen in der oberen Erdatmosphäre zusammentreffen und sie zum Leuchten ( Fluoreszenz) anregen. Je nach dem in welcher Höhe und welche Teilchen getroffen werden ist die Farbe verschieden. Das sichtbare Polarlicht entsteht zwischen 90 und 200 km über der Erdoberfläche. Die Farben verteilen sich je nach Entfernung in etwa so:

  • Mehr als 150 km: rotes Licht durch Anregung von Sauerstoffatomen.

  • 120 km bis 150 km: gelbgrünes Licht durch Anregung von Sauerstoffatomen.

  • Unter 120 km: blau-violettes Licht durch Anregung von Stickstoffatomen. Für diese sind jedoch sehr hohe Energien und somit sehr starke Sonnewinde notwendig, daher ist dies selten.

Welche Farbe haben eigentlich die Sterne ?

Zunächst erscheinen sie uns mit bloßem Auge oder im Photo weiß oder allenfalls leicht gelblich. In Wirklichkeit sind sie in Abhängigkeit von ihrer Temperatur verschiedenfarbig. Ihre Farbe geht von Rot über gelblich zu weiß und bei den heißesten sogar bläulich. Weil wir nachts kein Farbensehen haben, sondern nur mit unseren Stäbchen (s. unter Netzhaut auf der Seite Bestandteile des Auges) sehen, können wir nur den hell und weißlich leuchtenden Fleck sehen. Zusätzlich kommt aufgrund des kleinen sehr hellen Punktes in der dunklen Umgebung noch eine örtliche “Überbelichtung” (Blendung) der Netzhaut hinzu, die auch auf dem photographischen Film einen weiß ausgestanzten Fleck hinterlässt.

Ich seh den Sternenhimmel

Dieser ist übrigens auf Photos immer rund, da das von uns so empfundene Bild des “zackigen” Sterns nur aufgrund der optischen Mängel unseres Auges entsteht. In Wirklichkeit ist er nämlich auch rund.

Was ist ein Halo ?

Halo

Halo (Mehrzahl: Halos) ist ein Sammelbegriff für ringförmige farbig leuchtende Lichteffekte um starke Lichtquellen (meist die Sonne), die durch das Vorhandensein von Eiskristallen im Lichtstrahl entstehen. In der Regel bilden sie sich in großer Höhe von 8 bis 10.000 Meter und die Kristalle müssen sehr klein sein und die Temperatur sehr kalt. Ihr Vorhandensein wird meist durch Cirrostratuswolken angezeigt. Sie können sich aber im Winter auch in einer Schneelandschaft mit besonders glitzerndem, vereistem Schnee, im Eisnebel (Autoscheinwerfer und Strassenlampen) oder in der Nähe von Schneekanonen zeigen. Auch um den Mond, also auch nachts lassen sich bei bestimmten Wetterlagen Haloeffekte beobachten.

Allerdings kann das menschliche Auge bei der geringer Lichtintensität keine Farben wahrzunehmen, weshalb die schwächeren Mond-Halos weiß erscheinen. Haloerscheinungen sind viel häufiger als ein Regenbogen, werden aber häufig übersehen. Das Licht wird beim Eindringen in die Eiskristalle um die Lichtquelle herum gebrochen, tritt in Abhängigkeit von der Orientierung der Kristalle und dem Einfallswinkel des Lichts nach mehrfacher Reflexion im Inneren der Kristalle wieder aus. Beim Austritt wird es ein weiteres Mal gebrochen. Die Lichtbrechung ist dabei für die sichtbare Aufspaltung der Farben des Lichts verantwortlich (vergleiche Prisma unter Farbensehen). Die Farbfolge ist bei allen farbigen Halos von innen Rot nach außen Blau, also genau entgegengesetzt wie beim Regenbogen (s.o.). Ein weiterer Unterschied zum Regenbogen ist die Stellung der Sonne. Beim Regenbogen kommt sie von hinter dem Betrachter und der Halo entsteht zwischen Betrachter und Sonne, d.h. wir blicken in die Sonne oder Lichtquelle. Halos können übrigens auch nach einer LASIK-Operation der Hornhaut oder bei einem Glaukomanfall entstehen. Dies sind jedoch eher Lichtringe um helle Lichtquellen und entsprechen physikalisch nicht dem oben beschriebenen Haloeffekt.

Warum sind Flamingos rosarot ?

Das Halobacterium salinarum ist ein Kleinstlebewesen (Mikrobe) irgendwo zwischen Bakterien und Pflanzen. Es lebt in salzigen Seen (Salinen), die es rot färbt und gilt als “einzellige Urform des Sehens”. Es nutzt die Energie des Sonnenlichtes für seinen Stoffwechsel durch Nutzen einer Sorte des Farbpigmentes Rhodopsin, wie es im Sehpurpur unserer Augen enthalten ist. Kleine Salzkrebse fressen diese Mikroorganismen und werden dann selbst, von den in diesen Salzseen lebenden Flamingos, gefressen. Der Farbstoff lagert sich im Gefieder der Flamingos ab und erst durch ihn bekommen sie ihre typische Farbe.

(Stand 02.03.2018)