Farbphänomene in der Natur und ihre Erklärung:

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Symbolbild Farben der Natur: depositphotos.com

Warum ist der Himmel normalerweise blau aber das Abend- bzw. Morgenrot rot ?

Das Licht, das zu uns auf die Erdoberfläche gelangt, muss zunächst die Lufthülle durchqueren. Genau hierbei ereignet sich der Vorgang, der den Himmel für uns blau einfärbt:

Himmelsblau

Symbolbild Himmel: depositphotos.com

Das Sonnenlicht ist rein weiß und enthält - wie weißes Licht generell - alle Farben, vom kurzwelligen blauen bis zum langwelligen roten Licht. Ein Prisma zeigt uns die verschiedenen Anteile des Lichtes indem es die unterschiedlichen Wellenlängen und damit Brechungseigenschaften des Lichtes ausnützt und es in seine Anteile aufspaltet. Bei klarer sauberer Luft und wolkenfreiem Himmel trifft dieses weiße Licht auf die “Luftteilchen” (Sauerstoff- und Stickstoffmoleküle) in der oberen Atmosphäre. Diese werden vom blauen Anteil in der Lichtstrahlung angeregt und strahlen nun diesen Blauanteil des Lichtes nach allen Seiten ab. Der “Himmel” (die Atmosphäre bzw. die höheren Luftschichten) strahlt blau. Je bläulicher das Licht, desto stärker wurde es gestreut. Dieser Streuvorgang findet bei allen Farben des Lichts unterschiedlich stark statt. Der Rest, das Licht mit größerer Wellenlänge, das uns Rot, Gelb und Grün erscheint, wird von den Luftteilchen bei weitem weniger aufgenommen und gestreut und gelangt daher ungehindert zur Erde. Insofern lassen die zahlreichen Luftmoleküle den Himmel blau schimmern. Der phyikalische Hintergrund dieses Phänomens wird als Rayleighstreuung bezeichnet. Auf Planeten ohne Lufhülle wie dem Mond, gibt es daher auch keinen blauen Himmel (s. unten).

Abendrot

Das Morgenrot bzw. Abendrot entsteht durch den tiefen Stand der Sonne und den weiten Weg des Lichtes, den es durch viel mehr Luftmoleküle und Schwebeteilchen, die in den unteren Schichten der Atmosphäre zahlreicher sind, zurücklegen muß. Hier wird dann der Blauanteil des Lichtes so stark gestreut, dass nur noch rotes Licht - als am geringsten streubares Licht - zu uns durch kommt. Noch stärker rötlich wird der Sonnenuntergang und manchmal auch der Tag, wenn sehr viele aufgewirbelte Staubteilchen in der Luft sind wie bei Sandstürmen, hoher Luftverschmutzung (Bild unten) oder nach Vulkanausbrüchen.

Luftverschmutzung

Photo Lichtfilterung durch Luftverschmutzung: depositphotos.com

Übrigens auch ein tiefstehender Mond, kurz nach dem Aufgang über dem Horizont erscheint eher rötlich. Das Morgenrot ist weniger intensiv als das Abendrot. Die Luftbelastung, die tagsüber durch Verkehr und Industrie erzeugt wird, macht da unter anderem den Unterschied. Durch die Abgase befinden sich am Abend deutlich mehr Schwebeteilchen in der Luft als am Morgen, denn am Morgen haben sich viele Aerosole wieder gelegt. Weiterhin flaut der Wind in Bodennähe über Nacht meist ab. Die Luft ist in der Früh dann klarer als am Abend - das Licht wird weniger gestreut und der Sonnenaufgang erscheint meist weniger spektakulär.

Kurz vor Sonnenuntergang und kurz nach Sonnenuntergang, wenn sich die Sonne noch sechs Grad oberhalb oder max. 6 Grad unterhalb des Horizontes befindet, erreichen uns nur die warmen Farbtöne, da die blaue Wellenlänge gestreut wird bevor sie bei uns ankommt. Alles ist in einem goldgelben Farbton, man spricht von der Goldenen Stunde, quasi DER Lieblingstageszeit der Photographen aufgrund ihrer warmen Farben und langen Schatten. Siehe z.B. das Bild unten. Normalerweise sehen die Drei Zinnen viel blasser und "kälter" in den Farben aus.

Wenn die Sonne abends 4-8 Grad hinter dem Horizont verschwunden ist, beginnt die Dämmerung, die Blaue Stunde. Die Farbe des Lichtes ändert sich von orangerot zu blau. Alle Gegenstände erscheinen bläulich verfärbt und nur vorübergehend ist noch ein oranger Streifen am Horizont zu sehen (s. Bild unten).

Das Sonnenlicht gelangt noch hoch oben in die Erdatmosphäre, indem es an der Erdkugel vorbeistrahlt und das Blau entsteht wie oben unter dem blauen Tageshimmel beschrieben aber mit dem Unterschied, dass es das einzige verbliebene natürliche Licht ist und alle Gegenstände am Boden blau beleuchtet. Der visuelle Reiz von Photos zu dieser Zeit entsteht, wenn man diesen Himmel mit gelblicher künstlicher Beleuchtung auf einem Bild kombiniert, wie im unteren Bild zu sehen.

Schlo%C3%9F%20Moritzburg

Der blaue Himmel hat zu dieser Zeit ungefähr dieselbe Helligkeit wie das künstliche, gelbliche Licht von Gebäude- und Straßenbeleuchtungen. Gelb und Blau sind zudem Komplementärfarben, die einen starken Kontrast bilden und uns Menschen besonders ansprechen. Die Blaue Stunde kurz nach Sonnenuntergang ist daher auch eine der Lieblingszeiten der Photographen. Sie dauert aber in der Regel bei uns nur 10 bis 20 Minuten, also ist der Begriff nicht so ganz passend. Zum Äquator wird sie kürzer und jenseits des Polarkreises kann sie Stunden dauern. Morgens gibt es übrigens auch eine "Blaue Stunde", nämlich wenn kurz vor Sonnenaufgang, die Sonne analog zur Abendkonstellation, noch knapp hinter dem Horizont steht. Für Photofans gibt es Apps, die jeden Tag die genauen Zeiten für die Blaue bzw. Goldene Stunde am jeweiligen Ort angeben.

Warum erscheint uns die Sonne mal Weiß, mal Gelb und dann wieder Rot ?

Wei%C3%9Fe%20Sonne

An sich ist das Sonnenlicht weiß, da es alle Farben erhält. Steht die Sonne hoch am Himmel, dringt ihr Licht sehr gut zu uns durch und nur ein kleiner Blauanteil geht unterwegs durch Streung in den oberen Luftschichten der Erde verloren und färbt den Himmel blau. Daher erscheint das verbliebene Licht der Sonne leicht gelblich, denn der Blauanteil fehlt. Ist sie sehr hell, werden jedoch alle Lichtrezeptoren in unserer Netzhaut so stark gereizt bzw. “überbelichtet”, daß wir das Licht als weiß empfinden. Ein überbelichtetes Photo ist ja auch in den zu stark belichteten Stellen nur noch weiß, so wie die Sonne auf dem obigen Bild. Steht die Sonne jedoch tiefer, muß ihr Licht einen viel weiteren Weg durch die Atmosphäre zurücklegen und weitaus mehr Lichtanteile werden gestreut und gelangen nicht mehr zu unserem Auge. Es verbleibt das langwelligste (“linientreueste”) und am wenigsten gestreute rote Licht. Die Sonne erscheint uns rot. Dies kann auch bei hochstehender Sonne passieren, wenn eine starke Nebelwetterlage oder eine sehr staubhaltige Luft wie bei einem Wüstensturm vorliegt. Die Sonne wirkt dann kupferrot.

Gibt es auf dem Mond auch einen blauen Himmel und farbige Sonnenuntergänge ?

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Himmelsblick auf dem Mond: depositphotos.com

Im Gegensatz zur Erde hat der Mond keine Lufthülle. Es kann also kein Licht durch Gasmoleküle gestreut werden. Der Himmel auf dem Mond ist daher immer (auch tagsüber) rein schwarz (s.Bild oben), da von dort auch kein Licht kommt. Nur die Sterne und die Sonne leuchten. Man sieht die Sterne tags wie nachts gleich gut. Die Sonne ist mangels Streuungseffekt immer weiß, auch wenn sie untergeht. Nur unseren "Blauen Planeten" sieht man in seinen Farben.

Warum erscheint klares Wasser blau oder manchmal auch grünlich ?

Schimmert nicht der Boden in seiner Farbe durch (Blaue Fliesen im Schwimmbad) oder spiegelt sich ein Baum grünlich im Wasser, spiegelt sich einfach das Himmelsblau im Wasser oder mikroskopisch kleine Pflanzenteile reflektieren das Licht grün. Im Fall des Blautopfs in Blaubeuren (Bild siehe unten) findet sich beides aber es kommt noch die Streuung des Lichtes durch winzige Kalkpartikel im Wasser dazu, die zu seinem ungewöhnlich starken Blauton führen.

Blautopf%20in%20Blaubeuren

Warum werden Seen plötzlich farbig ?

Ursprüngliche klare Seen können manchmal plötzlich ihre Klarheit verlieren und purpur, blau, grün und rot werden. Ursache sind Bakterien oder Algen, die sich aufgrund eines ungünstigen Zustandes des Sees massiv vermehrt haben. Purpurbakterien z.B. färben den See, wie der Name schon sagt, leuchtend purpur. In solchen Seen entstand über Gärungsprozesse Schwefelwasserstoff, den die Bakterien zusammen mit Licht nutzen können, um Fotosynthese zu betreiben. Natürlicher Farbstoff, sogenannte Carotinoide, sorgen dabei für die bunte Farbe der Bakterien und unterstützen sie bei der Fotosynthese in derartig unwirtlichen Umgebungen. An anderer Grund für Verfärbungen sind sogenannte Algenblüten. Hier kommt es zu einer starken Vermehrung von Algen oder Cyanobakterien (Blaualgen), die die Wasseroberfläche grün, blau oder rot färben. Gründe für ihre plötzliche Vermehrung sind vor allem Temperatur, Niederschläge und Eintrag von Nährstoffen in die Seen. Manche Algen produzieren übrigens Giftstoffe, was Gefahren für Menschen und Tiere birgt.

Warum sind Flüsse bunt ?

Der Huanghe ist der zweitlängste Fluss Chinas und trägt den Beinamen "Der Gelbe Fluss". Seine ungewöhnliche Farbe verdankt er einem hohen Anteil einer kalkhaltigen Ablagerung, dem Löß, in seinen Fluten. "Rote Flüsse" entstehen in der Regel durch Eisenoxide, die sie bei ihrem Weg durchs Gebirge aus dem Gestein gelöst haben. Es kann aber auch an Rotalgen im Wasser liegen. Im Fall des "Roten Mains" in der Fränkischen Schweiz, einem der Qellflüsse des Mains, entsteht die Färbung durch das lehmhaltige Flussbett. Der "Rio Negro" in Amazonien und der "Ruki" im Kongo erscheinen dunkelbraun (kaffeefarben) bis schwarz, wie die Wasserläufe in mitteldeutschen Moorlandschaften. Grund sind hier Unmengen von Blättern, die ins Flussbett fielen, sich zersetzten und dann dunkle Farbstoffe wie Humin und Tannin abgaben.

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Photo Rio Negro: depositphotos.com

Türkisfarbene Seen und Flüsse verdanken ihre schöne Farbe häufig einem hohen Anteil an Kalkstein und feinstem Gesteinsmehl im Wasser, das aufgrund seiner Korngröße genau den blau-türkisen Anteil des einfallenden Lichtes zurückwirft. Unerfreuliche Gründe für diverse bunte Farben von Gewässern können auch Umweltverschmutzungen, durch Chemikalien sein. Der Buringanga-Fluss in Bangladesh leuchtet abschnittsweise in orangen, grünen und blauen Tönen. Bei tropischen Flüssen wird zwischen Schwarzwasserflüssen, Weißwasserflüssen und Klarwasserflüssen unterschieden. Dies bezieht sich auf die enthaltenen Stoffe und die resultiernde Farbe.

Warum ist Schnee weiß ?

Wasser ist ja klar und durchsichtig und Schnee ist gefrorenes Wasser, also warum ist er denn weiß ? Frischer, ja bekanntermaßen besonders weißer Schnee, besteht aus lauter winzigen Eiskristallen und zu 90% aus Luft. Die Kristalle funktionieren wie viele in verschiedene Richtungen stehende kleine Spiegel (daher das Glitzern) und sorgen zusammen mit den Hohlräumen der eingeschlossenen Luft, in denen es zu vielfachen Reflexionen in den oberen Schichten des Schnees kommt, letztendlich zu Spiegelung des kompletten weißen Sonnenlichtes nach aussen mit allen seinen Farbbestandteilen, die ja zusammen weiß ergeben. Die Reflexionseigenschaft des Neuschnees kann man auch gut dadurch demonstrieren, das man mit einer farbigen Taschenlampe darauf leuchtet. Dann wird die Farbe genau so reflektiert. Die UV-Strahlung, als Bestandteil des Sonnenlichtes übrigens auch, so daß man als Wanderer oder Skifahrer bei Neuschnee unbedingt seine Augen und seine Haut schützen muss (vergleiche auch das Kapitel über die Bedeutung des Lichtes für das Auge und den Körper. Bei schmelzendem Altschnee nimmt aufgrund der zerstörten Eiskristalle, der Verdichtung und den geringeren Lufthohlräumen die Reflexionsfähigkeit ab und Schmutz kommt hinzu, so daß er eher schmuddelig grau erscheint, da ein Teil des Lichtes absorbiert und nicht reflektiert wird. Der sogenannte Albedowert misst das Rückstrahlvermögen von Oberflächen und fällt von den 70-90 Prozent des Neuschnees auf 35-65 Prozent bei Altschnee ab. Keine natürliche Oberfläche reflektiert mehr sichtbares Licht als frisch gefallener Schnee. Der Luftanteil lässt sich auch gut durch das Gewicht bestimmen. Ein Kubikmeter Neuschnee wiegt 100kg, während ein Kubikmeter verdichteter Altschnee 500kg erreichen kann.

Warum erscheint Schnee im Schatten eher bläulich ?

Schneelandschaft

Photo Schneelandschaft: depositphotos.com

Ganze Schneelandschaften, die nicht direkt von der Sonne beschienen werden, wirken häufig - vor allem im Schatten - bläulich. Dies liegt daran, daß der Schnee im Schatten nicht direkt von der Sonne und ihren weißen Lichtstrahlen erhellt wird, sondern die Farbe des Himmels reflektiert, der ja in diesem Fall der Lichtgeber ist. Ist der Himmel grau, erscheint auch der Schnee gräulich. Ist der Himmel blau, bekommt er einen dunkelblauen Schimmer.

Warum erscheinen Eisberge teilweise bläulich ?

Im Fall des bläulichen Eises schlucken (absorbieren) die gefrorenen Wasserpartikel schwerpunktmässig den roten Sonnenlichtanteil und lassen hauptsächlich den blauen Anteil durch. Dies funktioniert bei Eis mit wenig Lufteinschluss am stärksten, insofern ist der Effekt je nach Zusammensetzung des Eisberges aber auch unterschiedlich. Sind noch viele Lufteinschlüsse da, wie beim Schnee, ist der Eisberg weiß. Hintergrund der bläulichen Farbe ist die farbabhängige Schwächung des Lichtes (selektive Absorption) in luftarmem Wassereis. Es schluckt das sichtbare Licht nämlich je nach dessen Farbe in unterschiedlichem Maße. Rotes Licht wird von Eis am stärksten absorbiert, orangenes weniger, noch weniger grünes, und am wenigsten blaues Licht. Jede Farbe entspricht ja einer anderen Wellenlänge. Je größer die Wellenlänge ist, desto eher wird sie vom Eis absorbiert. Gefrorenes Wasser wirkt insofern wie ein Farbfilter: Der Eisberg schimmert blau im Gegenlicht, weil rotes, orangenes, gelbes und grünes Licht im Innern der Eisbergs "verschluckt" wird. Ab 3 Meter Eisdicke kommt nur noch rein blaues Licht durch.

Jökulsarlon

Warum sind Eisschollen nicht durchsichtig?

Eisschollen sind in der Regel nicht so klar und durchsichtig wie etwa Eiszapfen, sondern eher milchig. Daran sind, wie beim Neuschnee, die eingeschlossenen Sauerstoffmoleküle, zusammen mit den Eiskristallen, schuld. Diese brechen und reflektieren das gesamte einfallende Licht, sodass die Farbe Weiß zu sehen ist. Wenn es nur langsam kalt wird und das Wasser nicht so schnell gefriert, können Sauerstoff und Unreinheiten entweichen und das Eis bleibt klar, weil es dann nur noch aus dem durchsichtigen Wasser besteht. Dies kann man besonders bei den immer langsam entstehenden Eiszapfen sehen. Barkeeper empfehlen daher auch für die Herstellung durchsichtiger Eiswürfel ein langsames Abkühlen des Wassers.

Eisschollen

Welche Tiere können ihre Farbe der Umgebung anpassen und wie machen die das ?

Am bekanntesten diesbezüglich ist das Chamäleon. Eine baumbewohnende - vor allem in Afrika und Madagaskar lebende - Echse, von der 120 Arten bekannt sind. Die Fähigkeit rasch und häufig die Hautfarbe zu wechseln fasziniert immer wieder. Dies drückt einerseits Gefühlszustände (Hunger, Ruhebedürfnis, Sattheit etc.) aus und stellt andererseits eine Reaktion auf Licht- und Wärmeverhältnisse der Umgebung dar. Grün bedeutet Entspannung, rot heißt Aufregung, braun und schwarz sprechen eher für Zurückhaltung. Vielleicht können wir das mit unserer Leichenblässe bei Stress und Kälte oder mit unserer Gesichtsrötung bei peinlichen Situationen vergleichen. Entgegen landläufiger Meinung vermögen diese Echsen aber nicht eine rasche Tarnfarbe erzeugen. Meister hierin sind die Schollen (eine Plattfischart) und zahlreiche Kopffüßler (Tintenfische). Eine weitere Besonderheit des Chamäleons ist seine Fähigkeit seine Augen völlig unabhängig voneinander zu bewegen. Dies ermöglicht es gleichzeitig in 2 verschiedene Richtungen zu schauen. Der in den Tropen beheimatete Glasfrosch ist durchsichtig mit leichtem Grünstich. Man kann nur seine Organe und Knochen erkennen. Während der nachtaktive Frosch tagsüber schläft, versteckt er die ansonsten sichtbaren roten Blutkörperchen in der Leber und bleibt so auf den grünen Blättern quasi unsichtbar.

Chamäleon

Auch die Tintenfische nutzen die Farbveränderungen zur Kommunikation. Wut und Angst zeigt sich in einer weißen Färbung und zur Bedrohung von Rivalen dient ein Zebramuster. Weiterhin sind die Tintenfische auch noch in der Lage mittels in der Haut vorhandenen Muskeln die Oberflächenstruktur der Umgebung zu kopieren, was den Tarneffekt noch verstärkt.

Krake

Photo einer Krake: depositphotos.com

Wie funktioniert nun der Tarneffekt ? Die Schollen und die Tintenfische sehen ihre Umgebung und deren Farbe und Struktur. Bei Bedrohung erfolgt ein nervös und hormonell gesteuerter Farbwechsel, bei dem mittels kleiner Hautmuskeln Farbstoffe (Pigmente) enthaltene Hautzellen (Chromatophoren) verformt werden. Durch Verdichtung oder flachere Verteilung der Pigmente in den Zellen ändert sich die Farbe. Ähnlich - aber nicht zur Tarnung - funktioniert das auch beim Chamäleon. Die einzigen anderen Lebewesen, die noch über derartige Fähigkeiten verfügen, sind einige Krebse und Schnecken.

Einen dauerhaften Tarneffekt haben manche Tiefseefische. Sie können ihre Farbe zwar nicht anpassen aber sie sind so schwarz, daß sie für andere Fische quasi nicht sichtbar sind, da sie nur 0,05 Prozent des Lichtes reflektieren. Damit sind sie wesentlich dunkler als sämtliche schwarzen Alltagsobjekte und im Meer quasi nicht photographierbar.

Entstehen Farben im Tierreich immer durch farbige Pigmente ?

Nein, ein Beispiel ist der Blaue Morphofalter (s. Bild unten), auch Himmelsfalter genannt, mit seiner erstaunlichen Flügelspannweite von bis zu 12cm.

Blauer%20Morphofalter

Das schimmernde Blau auf der Oberseite der Flügel entsteht nicht durch Farbpigmente, sondern durch einen optischen Trick. Die spezielle Oberflächenform der Flügel, mit Rillen und tannenbaumartig angeordneten Schuppen reflektiert nur blaues und ultraviolettes Licht. Er ist also genaugenommen nicht blau, sondern sieht nur so aus. Die Unterseite hat diese Strukturen nicht und ist braun mit "Augenflecken", d.h. Flecken, die wie große Augen aussehen, zur Abwehr von Freßfeinden.

Wie entsteht ein Regenbogen ?

Regenbogen

Oben sieht man einen farbverstärkten Ausschnitt aus einem Regenbogen. Innen fängt er im Blaubereich an und geht aussen in den Rotbereich über. Manchmal gibt es einen zweiten schwächeren Regenbogen daneben, den sogenannten Nebenregenbogen (Erklärung s.u.), dieser fängt mit Rot innen an und wird nach aussen bläulich.

Wenn Sonnenlicht auf einen Regentropfen trifft, wird es in seiner Richtung abgelenkt (gebrochen), dann von der anderen Innenseite des Tropfens reflektiert und tritt schließlich aus der Eintrittsseite in einem Winkel von 42° zum Eintritt wieder aus. Beim Austreten aus dem Regentropfen wird es wie bei einem Prisma (siehe auch unter Farbensehen) in seine verschiedenen Bestandteile (Farben) aufgespalten. Regnet es nun und scheint die Sonne dazu, geschieht dies millionenfach und ein Regenbogen zeigt sich. Wir müssen, um ihn sehen zu können, mit dem Rücken zur tiefstehenden Sonne stehen und in Richtung der Regenwand schauen. Wird das Licht gar innerhalb des Regentropfens zweimal reflektiert, entsteht ein Doppelregenbogen. Beim zweiten höher gelegenen Regenbogen, dem sogenannten Nebenregenbogen ist die Farbfolge durch die dazu notwendige dopelle Spiegelung aber umgekehrt und er ist etwas blasser, da durch das Spiegeln das Licht auch abgeschwächt wird. Um den Nebenregenbogen - der immer entsteht ! - sehen zu können, muß das Licht daher sehr hell sein. Ein dritter Regenbogen ist prinzipiell denkbar, da er aber - bedingt durch die mehrfache Reflexion - noch schwächer in der Helligkeit ist, ist er noch nie gesichtet worden. Bei optimalen Bedingungen sieht man einen kompletten Halbkreis. Je höher die Sonne steht, desto kleiner wird der Bogen. Nur aus dem Flugzeug oder Ballon, kann man einen vollständigen Regenbogenkreis sehen.

Warum schillert ein Ölfilm auf dem Wasser in allen Farben ?

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Photo von Interferenz in Ölfilm auf dem Wasser: depositphotos.com

Zugrunde liegt die sogenannte Interferenz. Wenn sich Wellen (egal ob Licht, Schall oder anders) überlagern, entstehen daraus neue Wellen, sie "interferieren". Treffen zwei Wellenberge (vergleiche auch die Natur und Bedeutung des Lichtes)) aufeinander, verstärken sie sich, trifft sich ein Wellenberg mit einem Wellental, glättet das eine das andere. Da sich Öl und Wasser nicht mischen entstehen bei dem auf dem Wasser schwimmenden Ölfilm 2 Grenzschichten, einmal die zwischen Öl und Luft und dann die zwischen Öl und Wasser. An jeder dieser Schichten wird Licht reflektiert. Durch die Mehrfachreflexion und anschließende Interferenz entstehen neue Farben. Je nach Blickwinkel und Bewegung des Ölfilms ständig neue.

Was ist das Polarlicht ?

Nordlicht

Das Polarlicht ist eine schillernde, scheinbar fast tanzende Leuchterscheinung, die in den Polargebieten der Erde (Nordlicht = Aurora borealis am Nordpol und Südlicht = Aurora australis am Südpol) am Nachthimmel auftritt, wenn elektrisch geladene Partikel von der Sonne (Sonnenwinde) mit Luftmolekülen in der oberen Erdatmosphäre zusammentreffen und sie ebenfalls elektrisch aufladen und so zum Leuchten (Fluoreszenz) anregen. Je nach dem in welcher Höhe und welche Teilchen getroffen werden ist die Farbe verschieden. Das sichtbare Polarlicht entsteht zwischen 90 und 200 km über der Erdoberfläche. Die Farben verteilen sich je nach Entfernung in etwa so:

  • Mehr als 150 km: rotes Licht durch Anregung von Sauerstoffatomen. Dies ist manchmal auch in Deutschland zu beobachten
  • 120 km bis 150 km: gelbgrünes Licht durch Anregung von Sauerstoffatomen. Dies ist die häufigste Form.
  • Unter 120 km: blau-violettes Licht durch Anregung von Stickstoffatomen. Für diese sind jedoch sehr hohe Energien und somit sehr starke Sonnewinde notwendig, daher ist dies selten.

Die Form ist dabei ganz unterschiedlich. Es kann wie Vorhänge oder wie (mehrfarbige) Bänder aussehen. Nach wenigen Minuten ist das Feuerwerk oft schon wieder verschwunden. In der Realität ist das Polarlicht häufig nicht ganz so beeindruckend, wie auf den Photos, weil die Netzhaut aufgrund der Dunkelheit die Farben nicht so gut erkennen kann wie der Chip in der Kamera. Die für das Farbensehen zuständigen Stäbchen in der Netzhaut sind nämlich nicht sehr lichtempfindlich. Vergleiche auch das Kapitel über den Sehvorgang und den über die Netzhaut unter Bestandteile des Auges. Nordlichter finden sich vor allem in Finnland, Schweden, Norwegen, Kanada, Alaska und Island. Der Himmel muss sehr dunkel (keine Gegend mit Lichtverschmutzung) und wolkenlos klar sein. Am ehesten sieht man sie zwischen Ende September und Ende März. Einer der besten Orte in Europa soll der Nationalpark Abisko in Schwedisch Lappland sein. Ebenfalls als Hotspot gilt die finnische Stadt Rovaniemi. Insgesamt hängt die Häufigkeit des Auftretens mit der Sonnenaktivität zusammen und verläuft in Zyklen. Der Höhepunkt des derzeitigen Zyklus soll im Jahr 2025 Erreicht sein.

Welche Farbe haben eigentlich die Sterne ?

Zunächst erscheinen sie uns mit bloßem Auge oder im Photo weiß oder allenfalls leicht gelblich. In Wirklichkeit sind sie in Abhängigkeit von ihrer Temperatur verschiedenfarbig. Ihre Farbe geht von Rot über gelblich zu weiß und bei den heißesten sogar bläulich. Weil wir nachts kein Farbensehen haben, sondern nur mit unseren Stäbchen (s. unter Netzhaut auf der Seite Bestandteile des Auges) sehen, können wir nur den hell und damit weißlich leuchtenden Fleck sehen. Zusätzlich kommt, aufgrund des kleinen sehr hellen Punktes in der dunklen Umgebung, noch eine örtliche “Überbelichtung” (Blendung) der Netzhaut hinzu, die auch auf dem photographischen Film einen weiß ausgestanzten Fleck hinterlässt.

Ich seh den Sternenhimmel

Dieser Fleck ist übrigens auf Photos immer rund, da das von uns so empfundene Bild des “zackigen” Sterns nur aufgrund der optischen Mängel unseres Auges entsteht. In Wirklichkeit ist das Bild des Sterns nämlich auch rund. Das zackige Sternbild entsteht durch ungleichmäßige Strukturen in unserer Augenlinse. Diese hat aufgrund ihrer Entstehungsweise im Mutterleib eine "mercedessternförmige" Strukturveränderung, die das Licht kleiner punktförmiger Lichtquellen sternförmig streut.

Was ist ein Halo ?

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Halo (Mehrzahl: Halos) ist ein Sammelbegriff für ringförmige farbig leuchtende Lichteffekte um starke Lichtquellen (meist die Sonne), die durch das Vorhandensein von Eiskristallen im Lichtstrahl entstehen. In der Regel bilden sie sich in großer Höhe von 8 bis 10.000 Meter und die Kristalle müssen sehr klein sein und die Temperatur sehr kalt. Ihr Vorhandensein wird meist durch Cirrostratuswolken angezeigt. Sie können sich aber im Winter auch in einer Schneelandschaft mit besonders glitzerndem, vereistem Schnee, im Eisnebel (Autoscheinwerfer und Strassenlampen) oder in der Nähe von Schneekanonen zeigen.

Auch um den Mond, also auch nachts lassen sich bei bestimmten Wetterlagen Haloeffekte beobachten. Allerdings kann das menschliche Auge bei der geringen Lichtintensität nachts keine Farben wahrzunehmen, weshalb die schwächeren Mond-Halos weiß erscheinen.

Haloerscheinungen sind viel häufiger als ein Regenbogen, werden aber häufig übersehen. Das Licht wird beim Eindringen in die Eiskristalle um die Lichtquelle herum gebrochen, tritt in Abhängigkeit von der Orientierung der Kristalle und dem Einfallswinkel des Lichts nach mehrfacher Reflexion im Inneren der Kristalle wieder aus. Beim Austritt wird es ein weiteres Mal gebrochen. Die Lichtbrechung ist dabei für die sichtbare Aufspaltung der Farben des Lichts verantwortlich (vergleiche Prisma unter Farbensehen). Die Farbfolge ist bei allen farbigen Halos von innen Rot nach außen Blau, also genau entgegengesetzt wie beim Regenbogen (s.o.). Ein weiterer Unterschied zum Regenbogen ist die Stellung der Sonne. Beim Regenbogen kommt sie von hinter dem Betrachter und der Halo entsteht zwischen Betrachter und Sonne, d.h. wir blicken in die Sonne oder Lichtquelle. Halos können übrigens auch nach einer LASIK-Operation der Hornhaut oder bei einem Glaukomanfall entstehen. Dies sind jedoch eher Lichtringe um helle Lichtquellen und entsprechen physikalisch nicht dem oben beschriebenen Haloeffekt, sondern beruhen auf Veränderungen in der Hornhaut des Auges.

Warum sind Flamingos rosarot ?

Flamingo

Das Halobacterium salinarum ist ein Kleinstlebewesen (Mikrobe) irgendwo angesiedelt zwischen Bakterien und Pflanzen. Es lebt in salzigen Seen (Salinen), die es rot färbt und gilt als “einzellige Urform des Sehens”. Es nutzt die Energie des Sonnenlichtes für seinen Stoffwechsel durch Nutzen einer Sorte des Farbpigmentes Rhodopsin, wie es im Sehpurpur unserer Augen enthalten ist. Kleine Salzkrebse fressen diese Mikroorganismen und werden dann selbst, von den in diesen Salzseen lebenden Flamingos, gefressen. Der Farbstoff lagert sich im Gefieder der Flamingos ab und erst durch ihn bekommen sie ihre typische Farbe. Ansonsten würden sie eher weißliches Gefieder haben.

Warum verschwinden die Farben in den Tiefen der Gewässer ?

Durch Trübungsteilchen im Wasser nimmt mit zunehmender Tiefe die Helligkeit und Farbintensität ab, da die Teilchen das Licht streuen und so wie ein Filter für die verschiedenen Farben (Wellenlängen) wirken. Ohne zusätzliche Beleuchtung verschwinden Rottöne dabei bereits in 5 m Tiefe, Orange in ca. 15 m, Gelb in 30 m, Grün in 50 m und nur Violett bleibt bis zur Sichtbarkeitsgrenze erkennbar. So sehen "Nemo & Co." plötzlich nicht mehr bunt und niedlich, sondern langweilig aus. Wer Korallen und Fische in voller Farbpracht photographisch abbilden möchte, muss daher nahe der Wasseroberfläche bleiben – oder beim Filmen und Photographieren mit einem Rotfilter gegensteuern. Ab 10 Meter Wassertiefe ist es grundsätzlich sinnvoll, eine zusätzliche Beleuchtung wie einen Blitz oder eine Lampe zum Photographieren und Filmen zu nutzen s.auch HIER.

Was ist der "Grüne Blitz" ?

Der Lichteffekt, der als "Grüner Blitz" bezeichnet wird, tritt nur bei klarer Sicht und klarer, möglichst staubfreier Luft, etwa im Hochgebirge oder auf dem offenen Meer auf. Man kann ein grünes Leuchten sehen, kurz bevor die Sonnenscheibe hinterm Horizont verschwindet. Grund ist die starke Lichtbrechung nah am Horizont, welche das Sonnenlicht in die Spektralfarben zerlegt. Denselben Effekt gibt es übrigens auch beim Sonnenaufgang aber beide Fälle treten bei unserer hohen Luftverschmutzung nur noch selten auf.

(Stand 28.12.2023)