Wenn wir in den Himmel blicken, sehen wir ein strahlendes Blau, dabei ist unsere Atmosphäre eigentlich farblos. Und auch das Sonnenlicht erscheint weiß. Woher kommt also die blaue Farbe?
Unser Sonnenlicht besteht eigentlich aus verschiedenen Farben, den sogenannten Spektralfarben. Bei einem Regenbogen können wir diese sehen: Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau und Violett. Alle diese Farben haben unterschiedliche Wellenlängen, die von Rot zu Violett abnehmen. Rotes Licht hat also eine lange, violettes Licht eine kurze Wellenlänge.
Auf dem Weg durch die Atmosphäre trifft das Sonnenlicht auf die Luftmoleküle und wird gestreut. Diese sogenannte Rayleigh-Streuung ist abhängig von der Wellenlänge des Lichts. Die kurzwellige blaue Strahlung wird rund 16-mal stärker gestreut als das langwellige rote Licht. Durch die stärkere Streuung verteilt sich der blaue Anteil des Lichts in alle Richtungen und erreicht unser Auge aus nahezu jeder Blickrichtung. Deshalb sieht der Himmel für uns blau aus. Ohne Atmosphäre wäre er selbst am Tag schwarz. Wenn die Sonne dann untergeht, muss das Licht einen viel längeren Weg durch die Atmosphäre zurücklegen. Dabei wird der blaue Anteil bereits zu Beginn des Weges durch die Atmosphäre so stark gestreut, dass nur noch der rote und orangene Lichtanteil unser Auge erreicht und der Abendhimmel erscheint für uns rot-orange.
Auf den DWD-Webcam-Bildern aus Schmücke lässt sich das beobachten. Am Dienstag um 10 Uhr war der Himmel tiefblau, während er sich am Sonntag zum Sonnenuntergang rot-orange zeigte.
Die Rayleigh-Streuung erklärt also, warum der Himmel mal tiefblau und mal leuchtend rot aussieht. Doch die Webcam zeigt auch Bilder, auf denen der Himmel milchig wirkt. Obwohl es sich um den gleichen Standort und in etwa die gleiche Tageszeit handelt, sah der Himmel hier am 12. Juli doch ganz anders aus als am vergangenen Dienstag. Was hat sich verändert, dass der Himmel nicht gleich blau ist?
Verantwortlich ist die Zusammensetzung der Atmosphäre. Auf seinem Weg durch die Atmosphäre wird Licht nämlich nicht nur an Molekülen, sondern auch an größeren Partikeln wie Wassertropfen oder Staub gestreut. Die hier auftretende Streuung nennt sich Mie-Streuung. Im Gegensatz zur Rayleigh-Streuung ist sie aber weitgehend wellenlängenunabhängig. Jeder Farbanteil des Lichts wird also zu ähnlichen Anteilen gestreut. Es kommen alle Wellenlängen an unserem Auge an und überlagern sich dort, sodass wir den Himmel weiß wahrnehmen. Deshalb ist die Farbe auf dem Webcam-Bild weiß und hellblau.
Die Farbe des Himmels zeigt also den Zustand der Atmosphäre an. Bei einer sehr trockenen Atmosphäre gibt es kaum Wassertropfen oder andere große Partikel, an denen die Mie-Streuung auftreten kann, die Rayleigh-Streuung dominiert und der Himmel ist tiefblau. Je höher aber der Wassergehalt der Luft wird, desto mehr Wassertropfen befinden sich in der Atmosphäre. Das Licht wird gleichmäßig gestreut und der Himmel erscheint milchig.
Vor allem wenn jetzt dann im Herbst und Winter kalte, trockene Luftmassen zu uns kommen, können wir den strahlend blauen Himmel bewundern. In den nächsten Tagen werden wir davon nichts zu sehen bekommen, denn dank Tief FELICIA ziehenden Wolken, Schauer und feuchten Luftmassen auf, die uns den Blick auf einen blauen Himmel versperren.