Licht wird an den Wassertröpfchen in der Atmosphäre gestreut, und zwar umso stärker, je größer seine Energie ist. Rotes Licht ist energiearm (große Wellenlänge ca. 780 nm), blaues Licht ist energiereich (kurze Wellenlänge ca. 380 nm). Daher wird blaues Licht besonders stark gestreut, rotes Licht besonders schwach. In der Summe ergibt sich bei der Streuung das gewohnte Himmelblau.

Nun, offensichtlich ist das Licht, das von der Sonne kommt, nicht blau. Irgend etwas muß also mit dem einfallenden Licht in der Atmosphäre passieren, so daß der Himmel blau erscheint. Bei der Gelegenheit können wir natürlich auch gleich die Frage stellen: ``Warum ist der Sonnenaufgang bzw -untergang rot?''



Eine gängige Methode in der Physik ist, ein Problem so weit wie möglich zu vereinfachen und dann zu sehen, wie weit man damit kommt. Dies wollen wir im folgenden ebenso handhaben. Denken wir uns also eine ideale Atmosphäre, frei von Staub, Dreck und anderen ungebetenen Gästen. Die Atmosphäre ist ein Gemisch aus verschiedenen Gasen, hauptsächlich aber aus Stickstoff, so daß wir uns am besten gleich eine reine Stickstoffatmosphäre denken.



Das Stickstoffmolekül ist sicher kleiner als die Lichtwellenlänge . Trifft nun die Welle auf das Molekül, beeinflußt dies die Elektronen im Molekül - sie werden gewissenmaßen hin- und hergeschüttelt. Die Welle wird dadurch gestreut. Es entsteht ein Dipolmoment , das mit dem der Welle schwingt. Ein Dipol ist ein Paar sehr benachbarter Ladungen. Bringt man einen Dipol in ein elektrisches Feld, so versucht dieser sich entsprechend des Feldes auszurichten, es entsteht ein Drehmoment. Wenn der Abstand der Ladungen und ist, dann ist das Dipolmoment.



Die Ladungen im Molekül werden getrennt und erzeugen ein Gegenfeld, daß das -Feld der Welle ganz oder fast auslöscht. Man sagt, daß Molekül wird polarisiert. Die Polarisierbarkeit eines Moleküls ist frequenzabhängig. Um dies zu zeigen, benutzen wir wieder ein möglichst einfaches Beispiel: Ein Elektron ist elastisch an einem Atomkern gebunden und führt mit der Frequenz eine gedämpfte harmonische Schwingung aus. Dieses Modell beschreiben wir durch die Differentialgleichung eines harmonischen Oszillators





(1)







Die rechte Seite der Gleichung ist die Lorentzkraft, die hier eingesetzt werden muß weil sich unser Teilchen ja in einem elektromagnetischen Feld befindet.

Wenn wir die Gleichung für das Dipolmoment einsetzen, erhält man





(2)







Außerdem haben wir ausgenutzt, das ist, daß also der Einfluß des Magnetfeldes vernachlässigbar ist.

Die Differentialgleichung wird (ohne Beweis) gelöst durch





(3)







Die Polarisierbarkeit ist also frequenzabhängig.



Kommen wir nun zu unserem eigentlichem Problem zurück. Das elektrische Feld des einfallenden Lichts, induziert im Stickstoffmolekül ein Dipolmoment









(4)







Dabei wurde Gleichung (1) ausgenutzt.



Der Energiefluß des einfallenden Lichtes ist , die gestreute Energie pro Zeit ist (Die Energieflußdichte über eine Kugelfläche ist . Nun definiert man einen Streuquerschnitt , also die gestreute Energie pro Zeiteinheit/einfallender Energiefluß:









(5)







Im Grenzfall sehr hoher Frequenzen führt dieser Wirkungsquerschnitt zur Thomsonstreuung. Für kleine Frequenzen ergibt sich die Rayleighstreuung.



Die Polarisierbarkeit von Stickstoff ist etwa gleich der einer leitenden Kugel vom Radius cm.









(6)







Rotes Licht hat die Wellenlänge cm. Damit wird der Streuquerschnitt zu









(7)







Die Anzahl der Moleküle auf Meereshöhe ist









(8)







Rotes Licht legt daher









(9)







zurück, ohne das es gestreut wird.



Im Gegensatz dazu hat blaues Licht die Wellenlänge









(10)







Der mittlere Weg ohne Streuung ist daher:









(11)







Damit haben wir das Problem gelöst: Der Himmel ist blau, weil das Sonnenlicht in der Atmosphäre gestreut wird. Blaues Licht hat eine kleiner mittlere freie Weglänge (49km) als das rote Licht (180km). Der Streuprozeß ist also für das blaue Licht effektiver als für das rote.



Der Sonnenaufgang bzw -untergang ist rot, da das Licht nun einen weiteren Weg durch dichtere Gebiete der Atmosphäre zurücklegen muß. Das blaue Licht wird kräftiger gestreut als das rote - der Himmel wird also rot.

Das Sonnenlicht wird an den Molekülen der Luft gestreut, und zwar unterschiedlich stark für unterschiedliche Wellenlängen. Licht mit kürzeren Wellenlängen (blau) wird stärker aus seiner Richtung abgelenkt als längerwelliges (rot). Daher erreicht uns aus den Himmelsregionen, die weit von der Sonne entfernt sind, mehr blaues Licht. Weiter erklärt das auch, weshalb der Himmel abends im Osten immer besonders schön dunkelblau ist - nur das ganz kurzwellige Licht schafft es noch, die Kurve zu uns auf die Erde zu bekommen. Andererseits ist das Licht im Westen rot und gelb - dem Licht, das direkt von der Sonne kommt, fehlen die Blauanteile. Was dann übrig bleibt, ist im wesentlichen rot.

weil sich das universum an der atmosphäre spiegelt.

Die blaue Farbe des Himmels entsteht dadurch, daß der kurzwellige (blaue) Anteil der Sonnenstrahlen besonders an Luftmolekülen vie stärker gestreut wird als der langwellige (rote) Anteil. Diese Form wird als Fachausdruck mit "Rayleigh-Streuung" bezeichnet. Ist die Atmosphäre stark mit Staubpartikeln angereichert, wird diese Form der Streuung durch die langwellige Streuung an den Staubpartikeln überlagert, so daß die Himmelsfarbe sich von tiefblau in ein blasses blau verwandelt.

wieso werden diese fragen so bierernst beantwortet?

es ist ja so, dass der himmel ja nicht immer blau ist...(wenn mal eine atombombe oder ein atomreaktor exlpodieren, dann geht asche in den himmel, bricht das licht, und es gibt verschiedene farben...)

außerdem ist es wie bei der menschlichen haut, meistens normal, aber halt ab und zu in anderen farben, also blau,rot oder auch mal grün, aber nur in bestimmten situationen halt^^

Das Sonnenlicht ist weiß - es ist eine Mischung aus Violett, Grün, Blau, Gelb, Orange und Rot. Doch der Himmel strahlt wunderbar blau. Dieses Phänomen hat über Jahrtausende viele große Gelehrte beschäftigt. Leonardo da Vinci machte eine raffinierte Mischung von Licht und Finsternis für das Himmelblau verantwortlich. Isaac Newton vermutete, die Farbe käme von einer besonderen Reflexion des Sonnenlichts an Wassertröpfchen in der Atmosphäre. Bis heute glauben viele, der blaube Himmel sei eine Spiegelung der großen Ozeane auf der Erde.



Der britische Physiker John William Strutt Lord Rayleigh (1842 bis 1919) enträtselte den blauen Himmel im Jahre 1871. Der kurzwellige Anteil des sichtbaren Sonnenlichtes wird von den Sauerstoff- und Stickstoffmolekülen der Luft viel stärker gestreut als langwellige Anteile. Die kurzwelligen blauen Strahlen werden geradezu aus der Bahn geworfen - und erreichen uns aus allen Richtungen des Himmels. Deshalb erscheint der Himmel blau. Die Stickstoff- und Sauerstoffmoleküle der Luft sind sozusagen ein Farbstoff, der dem Himmel das charakterische Aussehen gibt.

Das Blau ist besonders intensiv, wenn die Luft extrem sauber und trocken ist. Bei uns im Mitteleuropa herrschen solche Bedingungen meist bei Kaltlufteinfluss. Sind dagegen viele Dunstparikel oder Wassertröpfchen in der Luft, so werden auch andere Teile des Lichtes gestreut. Aus dem strahlenden Blau wird dann ein milchig-weißer oder sogar ein trüber grauer Himmel.

Aber auch bei guten Wetter verfärbt sich der Himmel Abends rötlich. Dann muss das Licht wegen der tieferen Stellung der Sonne eine längeren Weg durch die Atmosphäre zurücklegen - bei Sonnenuntergang ist der Lichtweg durch die Lufthülle 30mal länger als bei senkrecht strahlender Sonne. Dabei kommen die roten Strahlen am besten durch. Die blauen Anteile werden komplett gestreut und machen den Himmel weiter westlich blau, also dort, wo die Sonne noch höher am Himmel steht.

Das blaue Streulicht der Sonne überstrahlt tagsüber das schwache Leuchten der Sterne.

Die Astronauten auf dem Mond, bei denen scheinen Sonne und Sterne von einem Himmel in kosmischer Originalfarbe: in schwarz.

Das Licht der Sonne ist urprünglich weiß. Das bedeutet, es besteht aus einer Mischung aller Spektralfarben: Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau und Violett. Rayleigh fand heraus, dass das Licht auf dem Weg durch die Erdatmosphäre gestreut wird. Ein Teil des Lichtes gelangt also gar nicht auf direktem Wege zur Erde, sondern wird von den Luftteilchen in der Atmosphäre "aus seiner Bahn geworfen". Dabei wird blaues Licht viel stärker gestreut als rotes Licht.



Das führt dazu, dass fast nur der blaue Anteil des gestreuten Lichts auf der Erde ankommt. Blicken wir also in den Himmel, nehmen wir nur das blaue Licht wahr: Der Himmel erscheint blau. Die Luftmoleküle machen sozusagen als blauer "Farbstoff" die Erdatmosphäre sichtbar.