Warum ist der Himmel blau?

Warum ist der Himmel blau?

Das Blau des Taghimmels kann man mit der Streuung des Sonnenlichts an den Luftmolekülen der Atmosphäre erklären. Das eintreffende Sonnenlicht besteht aus Licht verschiedener Wellenlängen und damit verschiedener Farben. Die Moleküle der Atmosphäre werden von dem eintreffenden Sonnenlicht zu Schwingungen angeregt, und strahlen die empfangene Energie als Streulicht in alle Richtungen ab.

Nun wird kurzwelliges Licht (am blauen Ende der Regenbogenfarben) stärker gestreut als langwelliges (am roten Ende des Regenbogens). Das ist der Grund, weshalb der unbewölkte Himmel in dem vertrauten blau erscheint.

Dieser Effekt erklärt auch das rot der untergehenden Sonne.

In der Position der untergehenden Sonne muss das Licht einen längeren Weg durch die Atmosphäre zurücklegen, dadurch werden die kurzen Wellenlängen ( blau ) bereits herausgestreut bevor sie beim Beobachter ankommen. Das Licht mit der längeren Wellenlänge (rot) kommt nur noch bei uns an.

Nach Sonnenuntergang kann jedoch der aufmerksame Beobachter feststellen, dass der Himmel im Zenit noch immer blau erscheint. Dies ist sehr seltsam, und scheint überhaupt nicht in das obige Erklärungsmodell zu passen. Aber auch dieses Rätsel wurde in den letzten 50 jahren gelöst. Die blaue Farbe der Dämmerung ist eine Folge der Ozonschicht die sich in der Stratosphäre befindet. Bei tiefem Sonnenstand wirkt sie wie ein Blaufilter der sich über den gesamten Himmel erstreckt. Das Ozon schwächt die gelben und orangenen Anteile des Streulichts, während es die blauen weitgehend ungefiltert passieren lässt. Dass wir selbst nach Sonnenuntergang das Blau im Zenit sehen können, ist also die Folge des Ozons in der Stratosphäre. Man kann also die Anwesenheit der Ozonschicht einfach und mit blossem Auge, nach dem Sonnenuntergang – also in der Dämmerung – erkennen.

Ozonmoleküle absorbieren die für den Menschen gefährliche ultraviolette Strahlung der Sonne und wandeln sie in Wärme um. Die Ozonschicht wirkt daher als Schutzschild gegen die sehr energiereiche ultraviolette (UV) Strahlung. Alle Lebewesen reagieren äusserst empfindlich auf ultraviolettes Licht, dessen Energie ausreicht, Zellschäden und Erbgutveränderungen zu bewirken. Man geht heute davon aus, das die Ozonschicht die Voraussetzung war, dass sich das Leben auf der Erde auch ausserhalb des Wassers entwickeln konnte.

Der Anstieg von bestimmten Gasen in unserer Atmosphäre die haupsächlich aus der menschlichen Energieerzeugung kommen , wie z.B. Stickoxide, gefährden die Ozonschicht, weil sie in der Stratosphäre von der UV-Strahlung der Sonne aufgespalten werden, und damit als Katalysator das Ozon abbauen.

Ein weiteres Phänomen begünstigt die Wahrnehmung der blauen Farbe im Zenit während der Dämmerung. Das ist der sogenannte PURKINJE – Effekt (von dem Physiologen Jan Purkinje 1787-1869 entdeckt). Dieser beruht auf der Veränderung des menschlichen Farbempfindens beim Übergang vom Tag über die Dämmerung zur Nacht. Tagsüber sehen wir haupsächlich mit den sogenannten Zapfen. Das sind die häufigsten lichtempfindlichen Zellen in der Netzhaut unserer Augen, von denen es 3 Arten gibt, die für rotes, grünes und blaues Licht empfindlich sind.

Am empfindlichsten sind die Zapfen für gelbes Licht. Bei sinkender Umgebungshelligkeit, also in der Dämmerung, gehen unsere Augen vom sehen mit den Zapfen, zum sehen mit den sogenannten Stäbchen über. Diese sind lichtemfindlicher als die Zapfen, können jedoch nur zwischen hell und dunkel unterscheiden, also keine Farbe wahrnehmen. Besonders empfindlich sind die Stäbchen im blau grünen Spektralbereich. Der Übergang vom Sehen mit Zapfen zum Sehen mit Stäbchen hat zur Folge, dass uns eine blaue Fläche bei schwachem Licht heller erscheint, als eine rote Fläche. Dies begünstigt auch unsere Wahrnehmung des vom Ozon durchgelassenen blauen Lichts.

Weitere Infos in: Die blaue Stunde des Ozons, von Götz Hoeppe in der Zeitschrift “Sterne und Weltraum” 8/2001.

Willy Mahl


Letzte Änderung am 2009-Mar-15

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