Warum ist der Himmel blau?

Sie führen häufig zu "oh" und "ah" Effekten und verzücken den Beobachter jedes Mal aufs Neue. Die Phänomene der Lichtbrechung bzw. -streuung lassen die Natur in ihrer reinen und schönen Form erscheinen.

Verantwortlich für diese Phänomene ist die erdumspannende Atmosphäre aus Gasteilchen (vor allem Stickstoff und Sauerstoff). An diesen Teilchen (man sagt auch "Gasmoleküle") wird das Sonnenlicht auf dem Weg zum Betrachter in alle Richtungen gestreut und gebrochen, also von seiner ursprünglichen Bahn abgelenkt oder in seine Spektralfarben aufgeteilt. So kann es auch auf Umwegen und in einer tollen Farbenpracht in unser Auge gelangen.

Der blaue Himmel tagsüber (sofern keine Wolken am Himmel stören) ist dabei auf die Lichtstreuung zurückzuführen. Das Licht, das von der Sonne aus wellenförmig auf die Erde fällt, ist entgegen unserer Wahrnehmung nicht weiß, sondern besteht aus vielen verschiedenen Farben, die zum Beispiel bei Entstehung eines Regenbogens sichtbar werden. Die Farbunterschiede werden durch die verschiedenen Wellenlängen der Spektralfarben hervorgerufen. Blaues Licht hat eine viel kürzere Wellenlänge von etwa 450 Nanometer als rotes Licht von etwa 650 Nanometer. Der englische Physiker Lord Rayleigh (alias John William Strutt) erkannte als erster, dass die Streuung an den Gasteilchen wellenlängenabhängig ist: blaues Licht wird 16-mal stärker gestreut als rotes.

Tagsüber, wenn die Sonne recht hoch am Himmel steht, haben die Sonnenstrahlen einen vergleichsweise kurzen Weg zur Erdoberfläche. Dabei wird überwiegend blaues Licht in andere Richtungen gestreut. Die Summe allen Streulichtes lässt den Himmel dann blau erscheinen. Dass der Himmel am Tag nicht immer in seinem schönsten Blau erstrahlt, sondern oft trüb oder grau ist, liegt daran, dass sich in der Atmosphäre neben den sehr kleinen Luft- und Wasserdampfmolekülen auch größere Teilchen wie Staubpartikel und Wolkentröpfchen befinden. Die Streuung an diesen Teilchen (Mie-Streuung) ist, je nach Partikel- oder Tröpfchengröße, kaum oder gar nicht wellenlängenabhängig, d.h. ankommendes weißes Licht wird in alle Richtungen als weißes Licht gestreut. Deswegen sind Wolken meistens weiß.

Romantisch rotgefärbte Sonnenuntergänge oder eine tolle orange-rote Morgenstimmung, haben wir aber wieder der Rayleigh-Streuung zu verdanken. Wenn die Sonne am Horizont untergeht, muss jeder einzelne Sonnenstrahl einen deutlich längeren Weg durch die Atmosphäre zurücklegen als tagsüber. Von dem von der Sonne ausgestrahlten Licht wird das kurzwellige Licht, also vor allem der Blau- und Grünanteil, bereits nach kurzer Strecke so stark weggestreut, dass beim Betrachter am Boden nur noch die Orange- und Rottöne ankommen. Grundvoraussetzung ist jedoch, dass der Himmel beim Morgenrot im Osten und beim Abendrot im Westen größtenteils wolkenfrei ist.
Die im Volksmund gern zitierte Aussage ''Abendrot Schönwetterbot, Morgenrot Schlechtwetter droht'' erlangt aber nur bei den für die mittleren Breiten typischen Westwetterlagen mit rasch wechselndem Wetter ihre Gültigkeit.

Dipl.-Met. Lars Kirchhübel
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 31.03.2019