Ein Regenbogen ist eine optische Naturerscheinung, die auftritt, wenn Sonnenschein und Regen, vom Beobachter aus gesehen, in entgegengesetzten Richtungen auftreten.
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Bei einem Regenbogen wird das Sonnenlicht von den Regentropfen zurückgeworfen. Es wird dabei beim Ein- und Austritt aus den Tropfen gebrochen und im Inneren reflektiert. Die meisten Strahlen, die nur einmal reflektiert werden, treten in einem Winkel von ungefähr 42 Grad zur Einfallsrichtung wieder aus. Die Regentropfen, deren Licht beim Betrachter ankommen, liegen auf einem Kreisbogen (genauer: auf einem Kegelmantel), dessen Radius unter einem Winkel von 42 Grad erscheint. Der Winkel unterscheidet sich jedoch für die verschiedenen Wellenlängen (Farben) etwas, sodass das weiße Sonnenlicht in die einzelnen Farben aufgespaltet wird.
Manche Lichtstrahlen werden zweimal im Inneren der Tropfen reflektiert und treten unter einem Winkel von etwa 51 Grad aus. Sie erscheinen als Neben- oder sekundärer Regenbogen, der jedoch schwächer leuchtet und nur bei guten Bedingungen beobachtet werden kann. Lichtstrahlen, die mehr als zweimal reflektiert werden, sind bereits so schwach, dass sie nur in den seltensten Fällen noch als weitere sichtbare Regenbögen erzeugen.
Beim Hauptregenbogen verlaufen die Farben von außen nach innen von rot über orange, gelb grün und blau zu violett, beim sekundären Regenbogen ist die Reihenfolge umgekehrt. Die Breite der Farbbänder hängt von der Größe der Regentropfen ab, große Tropfen lieferen breitere Bänder.
Der Regenbogen steht umso höher am Himmel, je niedriger die Sonne steht. Die beeindruckendsten Regenbögen können daher kurz nach Sonnenaufgang und kurz vor Sonnenuntergang beobachtet werden. Steht die Sonne höher als 42 Grad über dem Horizont, sind keine Regenbögen mehr möglich, da ihr Scheitelpunkt dann unterhalb des Horizonts läge.