Streuung von Licht in der Atmosphäre
Streuung von Licht in der Atmosphäre, die am Horizont als dünne blaue Schicht erscheint, Image by NASA, shared on Unsplash

Licht streut als elektromagnetische Welle an Molekülen und kleinen Partikeln in der Erdatmosphäre, die kleiner sind als die Wellenlänge und damit die Farbe des Lichts (390 nm – 790 nm). Die Streuung ist abhängig von der Wellenlänge: kurzwelliges Licht (violett/blau) wird stärker gestreut als langwelliges Licht (rot). Dadurch leuchtet unser Himmel mit blauem Streulicht. Sehen wir die Sonnenstrahlen der Sonne am Horizont, so haben sie schon einen langen Weg durch die Erdatmosphäre absolviert. Die kurzwelligen Anteile sind auf dem Weg weggestreut worden. Übrig bleiben die langwelligen roten Anteile und wir sehen die Sonne in rotem Licht.

Warum ist der Himmel blau? Warum ist die Abendsonne rot?

Streuung von Licht (Himmelblau und rote Sonne am Horizont)
Die Streuung von Licht in der Atmosphäre ist verantwortlich für die blaue Farbe des Himmels. Licht mit kurzer Wellenlänge (blau) wird viel stärker gestreut als Licht mit langer Wellenlänge (rot). Der Himmel leuchtet blau. Die Sonne ist am Horizont rot, weil die anderen Lichtanteile bereits “weggestreut” worden sind.

Licht streut als elektromagnetische Welle an Objekten, die kleiner sind als seine Wellenlänge (390 nm – 790 nm). Feinste Partikel oder Stickstoff- und Sauerstoffmoleküle der Atmosphäre streuen deshalb das Sonnenlicht.

Die Intensität der Streuung ist von der Wellenlänge abhängig. Kurzwelliges, hoch-frequentiges Licht (violett/blau) streut viel stärker als langwelliges, nieder-frequentiges Licht (rot). Das weisse Sonnenlicht enthält alle Regenbogenfarben. Die eher langwelligen (roten) Anteile werden kaum gestreut und pflanzen sich deshalb ungestört und geradlinig weiter fort. Die kurzwelligen (violett/blauen) Anteile streuen stark und breiten sich damit in der Atmosphäre in allen Richtungen aus.

Als Folge sehen wir als Betrachter den ganzen Himmel mit violett/blauem Licht leuchten. Der Grund warum wir aber nur blau sehen hat mit unserem [[.:farbsehen|Farbsehen]] zu tun. Unsere Netzhaut ist für blau viel empfindlicher als für violett. Deshalb sehen wir den Himmel v.a. blau und nicht violett. Es ist aber sogar so, dass der ganze Himmel auch das unsichtbare UV-Licht streut, das noch kurzwelliger ist als violett/blaues Licht. Somit ist der Himmel eigentlich “violett-UV-farbig” und wir können deshalb auch einen Sonnenbrand erleiden, obwohl wir uns im Schatten aufhalten. Der leuchtende Himmel strahlte uns ebenfalls an.

Im Licht, das weite Strecken durch die Atmosphäre zurückgelegt hat, ohne gestreut zu werden, ist nur noch rotes Licht und die unsichtbaren infraroten Anteile vorhanden. Ein Betrachter, der die untergehende Sonne am Horizont bewundert, wird deshalb v.a. rotes Licht sehen.

Roter Blutmond

Streuung von Licht in der Atmosphäre (Blutmond)
Nach einem langen Weg in der Atmosphäre, wo die Streuung von Licht sie blau erscheinen lässt, bleibt nur noch rotes Licht übrig. Dieses gestreute Licht trifft auf den Mond im Kernschatten der Erde (Blutmond), Globe, licensed under CC BY-SA 3.0,

Bei einer Mondfinsternis tritt der Mond in den Kernschatten der Erde ein. Eigentlich müsste der Mond komplett unsichtbar werden, denn im Kernschatten der Erde gibt es kein Sonnenlicht, das den Mond in irgendeiner Weise beleuchten könnte.

In der Atmosphäre der Erde wird Sonnenlicht aber gestreut. Das meiste Licht (inbesondere das violett/blaue) wird in alle Richtungen gestreut. Von diesem Licht bleibt nach der Atmosphäre nicht mehr sehr viel übrig. Sonnenlicht, das die Atmosphäre verlässt, ist mehrheitlich rot.

Jetzt wird auch rotes Licht gestreut, so dass die ursprüngliche Richtung der Sonnenstrahlen sich geändert hat. Aus diesem Grund kann es sein, dass rotes Licht mit einem “Knick” in den Kernschatten der Erde eindringt, obwohl es dort eigentlich total finster sein sollte.

Dieses rote Licht beleuchtet den Mond, dessen Oberfläche einen Teil wieder zurück zur Erde streut. Wir sehen einen roten Blutmond. Vom Mond aus gesehen müsste die Mondfinsternis sehr eindrücklich sein: Die Sonne verschwindet hinter der Erde und die Erdatmosphäre erleuchtet als diffusen roten Ring.