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Wetterthema

16.07.2021

Der Regenbogen

Bei wechselhaftem Wetter, wie wir es diesen Sommer immer wieder erleben, kann man ab und zu einen Regenbogen sehen. Er bringt Abwechslung und Farbe ins Wettergeschehen. Doch was für Besonderheiten gibt es eigentlich?

Das weiße Licht der Sonne beinhaltet alle Spektralfarben des für uns Menschen sichtbaren Lichts und darüber hinaus noch Strahlung im infraroten und ultravioletten Bereich. Diese Tatsache wird häufig im Physikunterricht demonstriert, indem ein Strahl weißen Lichts durch ein Prisma geschickt wird. Nach Durchlaufen des Prismas sind die Spektralfarben zu erkennen. Die Zerlegung des Lichts erfolgt beim Übergang eines Lichtstrahls in ein Medium anderer Dichte. Das Licht wird gebrochen, es ändert seine Strahlrichtung. Entscheidend ist dabei die Tatsache, dass die Lichtbrechung von der Wellenlänge abhängt. Das kurzwellige blaue Licht ändert seine Richtung stärker als das langwellige rote Licht.

Im Falle des Regenbogens übernehmen die annähernd kugelförmigen Wassertropfen des Regens die Rolle des Prismas. Wasser ist ein dichteres Medium als Luft. Beim Eintreten des Lichts in den Tropfen erfolgt die erste Lichtbrechung, anschließend wird das Licht an der Rückseite des Tropfens reflektiert und dann beim Wiederaustritt aus dem Tropfen erneut gebrochen. Ein Teil des Sonnenlichts, der auf Regentropfen trifft, wird somit zum Beobachter zurückgelenkt. Der Winkel, in dem das Licht zurückgeworfen wird, hängt von der Wellenlänge ab. Erst das Zusammenspiel sehr vieler Tropfen erzeugt den Regenbogen. Beim Betrachten eines Regenbogens muss man die Sonne im Rücken haben. Es ergeben sich die verschiedenfarbigen Bögen um den Punkt gegenüber der Sonne. Das Rot befindet sich beim Regenbogen außen und der Winkel zwischen dem Gegenpunkt zur Sonne und dem roten Bogen beträgt 42 Grad. Kleiner ist der violette Bogen, er bringt es auf 40,2 Grad.

Regenbögen sind typisch für Schauerwetter. Nur dann tritt der Regen so eng begrenzt auf, dass gleichzeitiger Sonnenschein möglich ist. Schauer entwickeln sich vor allem in der zweiten Tageshälfte und ziehen häufig von West nach Ost. Deshalb sieht man die meisten Regenbögen am Nachmittag und Abend beim Abzug eines Schauers im Osten. Seltener sind sie am Vormittag. Dann erscheinen sie im Westen und in vielen Fällen folgt der eigentliche Regen erst danach. Aus der Größe eines Regenbogens ergibt sich die Tatsache, dass er nur zu sehen ist, solange die Sonne nicht höher als 42 Grad über dem Horizont steht. Mittags steht die Sonne von April bis September zu hoch. Die flache Wintersonne erzeugt zur Mittagszeit mitunter Regenbögen im Norden.

Je tiefer die Sonne steht, desto mehr sieht man von einem Regenbogen. Der Regenbogen in der Abbildung oben links konnte etwa eine Stunde vor Sonnenuntergang beobachtet werden, weshalb ein relativ großer Teil des Bogens zu sehen ist. Zum Sonnenauf- oder Untergang befindet sich ein vollständiger Halbkreis über dem Horizont, mehr geht nicht. Da das erste Sonnenlicht sehr rot ist, dominiert das Rot den Regenbogen. Die anderen Farben sind nur schwach angedeutet. Das Foto in der Abbildung unten rechts entstand 5 Minuten nach Sonnenaufgang.

Häufig sieht man neben dem Hauptregenbogen weiter außen noch einen schwächeren zweiten Bogen. Dieser Nebenregenbogen entsteht durch zwei Reflexionen innerhalb der Regentropfen. Der Winkel des roten Bogens beträgt 51 Grad und der des blauen Bogens 54 Grad. Da der blaue Bogen in diesem Fall größer ist, erscheinen die Farben des Nebenregenbogens in umgekehrter Reihenfolge, das Blau ist außen. In der Mehrheit aller Fälle ist die Regenwand gegenüber der Sonne nicht flächig genug, um einen vollständigen Regenbogen zu erzeugen. Dann sieht man nur einen Teil des Bogens, wie in der Abbildung oben rechts.

Bei verhältnismäßig kleintropfigem Regen entstehen auf der Innenseite des Hauptregenbogens mitunter weitere farbige Bögen, wie in der Abbildung unten links zu sehen ist. Diese werden als Interferenz- oder überzählige Bögen bezeichnet. Sie entstehen dadurch, dass das Licht gleicher Farbe innerhalb des Tropfens unterschiedlich weite Wege zurücklegt. Nach dem Wiederaustritt aus dem Topfen überlagert es sich je nach Austrittswinkel konstruktiv oder destruktiv, es interferiert.

Freitag, 16. Juli 2021

Dr. Ingo Bertram
ARD-Wetterredaktion

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