Himmel (planetär)

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Als Himmel bezeichnet man allgemein das von der Erde - oder allgemein, von einer Planetenoberfläche - aus durch die Atmosphäre mit Blick in Richtung des Weltraums gesehene Panorama.

Als Himmelsgewölbe ist er der Teil der Himmelskugel (Firmament), der sich über dem Horizont als scheinbare Halbkugel wölbt. Tatsächlich erscheint uns die Himmelswölbung eher wie eine flache Schale, die am Horizont 2-3mal weiter entfernt ist als im Zenit. Dies liegt großteils am unterschiedlichen Azur -himmelsblau - und hat zur langen Dauer des geozentrischen Weltbildes beigetragen.

Der Himmel erhält seine blaue Färbung infolge der Streuung des Sonnenlichts in der Erdatmosphäre. Hierbei wird das kurzwelligere blaue Licht am einen Ende des sichtbaren Lichtspektrums stärker gestreut als das rote Licht am anderen Ende (Rayleigh-Streuung). Je nach Winkel zur Sonne ist das Streulicht unterschiedlich stark polarisiert.

Inhaltsverzeichnis 1 Warum ist der Himmel blau? 2 Quellenangaben 3 Literatur 4 Weblinks

[Bearbeiten] Warum ist der Himmel blau?

Die Sonnenstrahlung, die uns normalerweise weiß erscheint, ist in Wirklichkeit aus allen Farben zusammengesetzt. Bei der Lichtbrechung in einem Prisma ist dies deutlich zu erkennen. Dabei haben die blauen Anteile des Lichts die kürzeste, die roten Anteile die längste Wellenlänge. Trifft ein Sonnenstrahl auf ein Sauerstoff- oder Stickstoffmolekül, wird das Teilchen durch die Energie in Schwingungen versetzt und sendet seinerseits Lichtwellen aus. Wie Wasserwellen in einem Teich, nachdem ein Stein hineingeworfen wurde, strahlen diese in alle Richtungen aus - mit derselben Wellenlänge wie die ursprüngliche Komponente des Sonnenlichts. Blaues Licht wird dabei etwa 16 Mal so stark gestreut wie Rotes.

Hat das Sonnenlicht die tieferen Schichten der Lufthülle durchdrungen, ist praktisch sein gesamter Blauanteil gestreut, während die anderen Farben den Weg relativ ungehindert überstanden haben. Deshalb erscheint uns auch die Sonne selbst als gelbliche Scheibe: Wenn ihr Licht bei uns ankommt, enthält es außer Blau noch die meisten Farben.

Die Frage, warum der Himmel blau sei, erwies sich als die meistgestellte Frage an die "Sendung mit der Maus". Der Erklärungsansatz am 28. September 2005 war, dass die verschiedenen Moleküle der Luft mehr blaues Licht reflektierten, als anderes (längerwelliges) Licht. Durch Licht zu Eigenschwingungen angeregte Teilchen zog schon Leonard Euler am 27. Juli 1760 heran, um das Blau des Himmel zu erklären.^[1] Im 20. Jahrhundert zeigte Rayleigh, dass Licht in Gasgemischen mit unterschiedlich großen Molekülen um so stärker gestreut wird, je kurzwelliger es ist.

In der Luft sind nur wenige Molekülarten in großer Zahl vertreten, es müssten also bei reiner Reflexion an Molekülen nur ganz bestimmte Wellenlängen aus dem weißen Licht herausgefiltert werden. Tatsächlich entstehen durch die Bewegung der Luftmoleküle jedoch kurzzeitig und immer wieder an verschiedenen Orten im gasgefüllten Raum Gruppierungen von Molekülen, die sich dann für einen Augenblick wie ein größeres Teilchen verhalten, das auch etwas langwelligeres Licht reflektieren kann. Diese kurzzeitigen Zusammenballungen sind Fluktuationen. Sie bewirken, dass im Gas eine Vielzahl verschieden großer Reflexionsflächen verteilt ist. Deswegen setzt sich das Streulicht nicht aus wenigen scharfen Spektrallinien zusammen, sondern die Stärke der Streuung verläuft umgekehrt proportional zur vierten Potenz der Wellenlänge.^[2]

Wie aber kommen die unterschiedlichen Blautöne des Himmels zustande? An manchen Tagen erscheint er tiefblau an, anderen dagegen eher weißlich. Dieses Phänomen wird von atmosphärischen Teilchen verursacht, die größer sind als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts. Aerosole wie Staub, Rauch, Wassertröpfchen oder Eiskristalle reflektieren die einfallenden Sonnenstrahlen in alle Richtungen. Das geschieht fast unabhängig von der Wellenlänge. Da die Rückstrahlung ein Gemisch aus allen Farben des Sonnenlichts sind, erscheint der Himmel an Tagen, an denen sich viel kondensierte Feuchtigkeit in der oberen Atmosphäre befindet, deshalb eher weißlich-blau.

Auch die weißen „Schäfchenwolken“, die an schönen Tagen den blauen Himmel verzieren, sind eigentlich nicht weiß, sondern grau. Doch streuen die Millionen von Wassertröpfchen, aus denen die Wolke besteht, das Sonnenlicht so stark, dass der Eindruck „weiß“ entsteht.

Obwohl der blaue Anteil des Sonnenlichtes in der Atmosphäre in alle Richtungen gestreut wird, also auch in den Weltraum zurück, ist der "Blaue Himmel" vom Weltraum aus kaum sichtbar. Die Intensität des Streulichtes der Atmosphäre ist im Verhältnis zum reflektierten Licht der Erdoberfläche einfach zu gering. Vom Weltraum aus betrachtet sieht man deshalb nur den sehr viel helleren Hintergrund des Himmels: die Erdoberfläche! Befindet man sich hingegen auf der Erdoberfläche, hat man einen sehr dunklen Hintergrund zur Verfügung, um den blauen Himmel betrachten zu können: den Weltraum.

Siehe auch:

• Sternhimmel, Nachthimmel, Dämmerung, Morgenröte
• Bewölkung, Großer Hof, Cirren, Mondtäuschung

[Bearbeiten] Quellenangaben

1. ↑ S.I. Wawilow: Briefe an eine deutsche Prinzessin über einige Gegenstände der Physik und Philosophie
2. ↑ Michail Wladimirowitsch Wolkenstein, Entropie und Information, 1986, S.117-S.119, ISBN 3817111002

[Bearbeiten] Literatur

• H.Dittmar-Ilgen: Wie das Salz ins Meerwasser kommt...., Hirzel-Verlag; S. 19: Das Rätsel um unserem blauen Planeten

[Bearbeiten] Weblinks