Regenbogen
Ein Regenbogen ist eine optische Naturerscheinung, die auftritt, wenn Sonnenlicht von der hinter dem Beobachter stehenden Sonne auf vor dem Beobachter befindliche Regentropfen oder andere Wassernebel trifft und reflektiert wird.
Entstehung
Sonnenlicht besteht aus einem breiten Spektrum verschiedener Farben – physikalisch betrachtet handelt es sich um eine Überlagerung von Wellen unterschiedlicher Wellenlänge. Im Normalfall sieht man diese Farben gleichzeitig und in ihrer natürlichen Intensität, d.h. in der relativen Helligkeit zueinander, wie die Sonne sie abstrahlt. Wir nehmen diese homogene Farbmischung als weißes Licht wahr. Die Sonne selbst erscheint leicht gelblich, umso mehr je tiefer sie steht, da der blaue Anteil von den Luftmolekülen in alle Himmelsrichtungen gestreut wird.
Die Ursache für die Entstehung des Regenbogens ist die Dispersion des Wassers in Verbindung mit der fokussierenden Wirkung der Tropfenform. Die Kombination von beidem hat zur Folge, dass die einzelnen Farbanteile des einfallenden Sonnenlichtes mit einer veränderten Intensitätsverteilung von den Regentropfen zurückgeworfen werden. In bestimmten Richtungen sieht man daher reflektiertes Licht mit einem stark erhöhten Rotanteil, in anderen dominiert dagegen Blau.
Die folgenden Betrachtungen sollen detailliert verständlich machen, wie genau dieses Phänomen zustande kommt, wo man den Haupt- und wo den Nebenregenbogen sieht, wie groß diese erscheinen und welche Form sie haben.
Hauptregenbogen
Man stelle sich zunächst folgendes Szenario vor: Ein Beobachter stehe zu ebener Erde, mit dem Rücken genau zur Sonne und mit Blick auf einen Raumbereich, der infolge von Niederschlag mit einer Vielzahl von kleinen Wassertröpfchen gefüllt sei. Die Sonne darf nicht von Wolken verdeckt sein. Es wird fürs erste angenommen, dass sie direkt am Horizont stehe. Dann verlaufen alle Sonnenstrahlen parallel zur Erdoberfläche und der Blickrichtung des Beobachters.
In gewisser Entfernung vor ihm treffen die Sonnenstrahlen in breiter Front auf Wassertröpfchen. Die rechts stehende Abbildung zeigt dies exemplarisch für einen der Strahlen. Man mache sich aber klar, dass die gesamte sonnenzugewandte Seite an jedem Punkt von Lichtstrahlen aller Farben des Spektrums durchsetzt wird.
Jeder dieser Strahlen dringt in den Tropfen ein und wird in Abhängigkeit von der Auftreffhöhe bezüglich der Tröpfchenmitte gemäß dem Brechungsgesetz unterschiedlich stark abgelenkt. Im Inneren laufen die Strahlen zur Rückseite und werden dort reflektiert. Sie durchqueren wiederum den Tropfen und werden beim Austritt erneut gebrochen. Beispielsweise geht der Strahl, der genau die Mitte trifft, direkt durch und kehrt dann einfach dorthin wieder zurück, wo er herkam. Bei der Reflexion verliert der Strahl etwas Intensität, da auch ein Teil transmittiert wird. Analoges gilt für die zwei Brechungen. Diese Minderung der Helligkeit ist für die Betrachtungen jedoch sekundär.
Ein Knackpunkt ist jedoch die fokussierende Wirkung des Tröpfchens. Ähnlich einer Sammellinse bündelt er bestimmte Strahlen. Konkret bedeutet dies, dass einige benachbarte Strahlen auf dem Weg vom Ein- zum Austritt näher zusammenrücken. Dadurch erhöht sich die Intensität des Lichtes in der betreffenden Ausfallsrichtung – für den Beobachter erscheint dieser Bereich heller. Mathematische Betrachtungen ergeben, dass bei Annahme einer kugelförmigen Gestalt des Tröpfchens das Maximum dieser Bündelung dann auftritt, wenn ein- und ausfallender Strahl einen Winkel von etwa 41 Grad einschließen.
Dies allein erklärt noch nicht den Regenbogeneffekt, solange alle Farben das gleiche Schicksal erfahren. Die Ablenkung bei der Brechung hängt jedoch auch, wenngleich weit weniger stark, von der Wellenlänge des Lichtes ab, denn Wasser ist dispersiv. Dadurch ergibt sich eine leichte Verschiebung des Winkels der höchsten Intensität unter den verschiedenen Farben: Für rotes Licht errechnet man ein Maximum bei 42 Grad, für Blau, am anderen Ende des Spektrums, nur 40 Grad, die restlichen Spektralfarben liegen entsprechend dazwischen.
Die Abbildung zeigt den Strahlenverlauf für Rot am Maximum. Der Effekt der Bündelung ist im Bild nicht zu erkennen, dazu müsste man mehrere Strahlen betrachten. Die Rechnungen ergeben aber, dass Strahlen, die in der eingezeichneten Entfernung von der Mitte auf das Tröpfchen treffen, sowie benachbarte Strahlen wenig darüber und darunter sämtlich fast haargenau denselben Ablenkungswinkel von 42 Grad haben. Dies, wie gesagt, liegt an der Geometrie des Tröpfchens und führt zu einer relativen Aufhellung des Rotanteils in dieser Richtung. Analog erhält das reflektierte Licht bei etwas kleineren Winkeln einen Grün- bzw. Blaustich. Die Zeichnung stellt dies der Einfachheit halber für denselben einfallenden Strahl dar, der dann jedoch nicht mehr exakt derjenige ist, der auf das entsprechende Intensitätsmaximum führt, was aber keinen wesentlichen Unterschied für den Strahlverlauf bedeutet.
Wir kehren nun zurück zum Beobachter. Die Sonne immer noch im Rücken, schaue er geradewegs nach vorn und hebe langsam seine Augen gen Himmel. Sobald Blickrichtung und Erdboden – und mithin auch Blickrichtung und die über seinen Kopf hinweg laufenden Strahlen der am Horizont stehenden Sonne – einen Winkel von 40 Grad einschließen, sieht er vornehmlich das bläuliche Licht aller direkt vor ihm befindlichen Regentropfen. Wandern die Augen weiter nach oben, so schimmern die dortigen Tröpfchen dagegen bald grünlich, dann gelb, schließlich rot. Dies ist der Scheitelpunkt des Regenbogens.
Wendet er sich nun etwas nach links oder rechts, so findet er dort den rötlichen Bereich etwas tiefer vor. Das Maximum liegt immer noch bei 42 Grad, nur dass jetzt nicht direkt über, sondern schräg über ihm vorbeilaufende Sonnenstrahlen dafür verantwortlich zeichnen. Die Ebene, in welcher der Maximumswinkel zu liegen kommt, ist daher seitlich gekippt, was zu einer kleineren Höhe über dem Erdboden führt. Im Extremfall, wenn er 42 Grad zur Seite blickt, ohne den Kopf auch nur anzuheben, ist in dieser Blickrichtung ebenfalls die Maximumsbedingung erfüllt, direkt an der Erdoberfläche. Dort ist das eine Ende des Regenbogens.
Steht die Sonne genau am Horizont, ist der Regenbogen also ein Halbkreis, der 84 Grad des Sehfeldes einnimmt. Damit ist er insbesondere schwer in seiner ganzen Schönheit vor die herkömmliche Kamera zu bekommen. Leichter wird es, wenn die Sonne nicht ganz so tief steht. Der Scheitelpunkt liegt dann tiefer, der Bogen wird kleiner und endet auch nicht mehr senkrecht zur Erde. Zudem wird klar, dass die Sonne nicht höher als 42 Grad stehen darf, da sonst selbst der Scheitelpunkt im Erdboden verschwindet. Ein solches Szenario ist jedoch schon aus meteorologischen Gründen unwahrscheinlich.
Wenn man sich auf oder in der Nähe einer großen, unbewegten Wasserfläche befindet, so kann man unter günstigen Umständen bei leicht diesigem Wetter sogar einen geschlossenen Regenbogenkreis beobachten. Der untere Teil wird dann vom Spiegelbild der Sonne in der Wasserfläche erzeugt.
Nebenregenbogen
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Der Himmel im Inneren des Regenbogens erscheint immer heller als der Himmel außerhalb davon.
Bis hierher wurden Strahlen betrachtet, die lediglich einmal im Inneren der Tröpfchen reflektiert werden. Der Nebenregenbogen, auch als sekundärer Regenbogen bezeichnet, wird dagegen durch zweifach reflektierte Strahlen hervorgerufen. Er ist deutlich lichtschwächer als der Hauptregenbogen. Zum einen, weil er sozusagen vom Restlicht beim Austritt der einfach reflektierten Strahlen lebt. Zum anderen, weil die Intensitätsmaxima nicht ganz so stark ausgeprägt sind, der Regenbogen mithin breiter ist und im Gegenzug mehr verschmiert. Er kann daher nur bei sehr guten Sichtverhältnissen beobachtet werden.
Die rechnerische Auswertung der Maximumbedingung ergibt einen Winkel von circa 50 Grad für rotes Licht und 53 Grad für blaues. Insbesondere ist also der Farbverlauf umgekehrt im Vergleich zum Hauptregenbogen, was durch die zusätzliche Reflexion bedingt ist.
Lichtstrahlen, die mehr als zweimal reflektiert werden, sind bereits so schwach, dass sie nur in den seltensten Fällen noch weitere sichtbare Regenbögen erzeugen.
Mondregenbogen
Auch durch Mondlicht kann ein Regenbogen entstehen. Die Gesamthelligkeit ist dabei jedoch viel geringer als beim Sonnenlicht. Unter solchen Bedingungen übernehmen die besonders lichtempfindlichen, aber farbblinden Stäbchen die Hauptarbeit im menschlichen Auge. Ein Mondregen erscheint somit nur als diffuser, farbloser Lichtstreifen am Himmel.
Farbverlauf
Beim Hauptregenbogen verlaufen die Farben von außen nach innen von Rot über Orange, Gelb, Grün, Blau und Indigo zu Violett, beim Nebenregenbogen ist die Reihenfolge durch die zusätzliche Reflexion umgekehrt.
Mensch und Regenbogen
Der Regenbogen als ein seltener eintretendes und beeindruckendes Ereignis hat seine Spuren in der Kulturgeschichte der Menschheit hinterlassen.
Historie
Die australischen Aborigines haben einen uralten Mythos über den Regenbogen, der angeblich in eine Zeit vor grob 10.000 Jahren datiert, in der es noch eine Landbrücke von Südostasien nach Australien gab.
Die griechische Mythologie sieht den Regenbogen als Verbindungsweg, auf dem die Göttin Iris zwischen Himmel und Erde reist.
Im alten Testament der Bibel ist er nach der Sintflut ein Zeichen des Bundes, den Gott mit Noach und den Menschen schließt: Nie wieder soll das Leben auf der Erde vernichtet werden. (1. Mose 9, 8-17)
Daneben hat in der irischen Mythologie der Leprechaun seinen Goldschatz am Ende des Regenbogens vergraben.
In der germanischen Mythologie sah man im Regenbogen die Brücke Bifröst, welche Midgard und Asgard verband. In Mitteleuropa sind die sogenannten Regenbogenschüsselchen ein volkstümlicher Begriff für keltische Münzen. Hsv Eishockey HIHI ich bin ein hacker
Symbolik
In der Befreiungsbewegung der Homosexuellen wird die Regenbogenfahne verwendet als Zeichen für Toleranz und für die Vielfalt der Sexualität.
Greenpeace hat den Regenbogen aufgrund einer indianischen Prophezeihung, die ihrem Naturell entspricht, zu ihrem Kennzeichen gemacht und unter anderem das Flaggschiff mit Rainbow Warrior entsprechend benannt.
In Hamburg nannten sich auch die Teile der Grün-Alternativen Liste, die nach der Bielefelder Bundesdelegiertenkonferenz der Grünen (Anfang 1999) aus der Partei ausgetreten waren, ab Ende Mai 1999 Regenbogen - Für eine neue Linke; unter diesem Namen bildeten ihre Abgeordneten im Landesparlament, der Bürgerschaft, eine parlamentarische Gruppen und in 4 Bezirksversammlungen Regenbogenfraktionen.
Insbesondere seit der Zeit, in der deutsche Bürger offen gegen die Politik von George W. Bush und den Einmarsch der USA in den Irak Flagge zeigen, finden sich die Regenbogenfarben als Banner mit dem Schriftzug Pace (italienisch für Frieden) an zahlreichen Häuserfassaden und ähnlichen Orten.