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Der Regenbogen:

"Am Fuße des Regenbogens liegt ein Schatz begraben"

Jeder von uns kennt diesen Spruch. Traurig ist nur, dass man diesen Schatz nie finden wird, da man den Fuß des Regenbogens nicht erreicht. Wenn man versucht ihn zu erreichen, weicht er stets weg.

Jeder von uns hat schon einmal einen Regenbogen gesehen. Der Regenbogen ist seit dem Altertum bekannt und wurde schon in der Bibel als Zeichen des Friedens beschrieben. Dies ist heute nicht anders - der Regenbogen hat eine starke Symbolkraft. Zunächst einmal sieht man im Regenbogen nichts anderes, als Sonnenlicht, was in seine Spektralfarben zerteilt ist. Deshalb ist die Farbfolge beim Regenbogen auch immer gleich: Innen geht es von violett-blau über türkis-grün bis gelb-orange und endet mit dunkelrot. Manchmal lässt sich über dem Regenbogen auch noch ein schwächerer, sogenannter Nebenregenbogen beobachten. Bei diesem Regenbogen ist die Farbfolge exakt anders herum. In seltenen Fällen schließen sich noch weitere schwächere Bögen an die Innenseite des Hauptregenbogens an.

Wer schon mehrere Regenbogen beobachtet hat, wird feststellen, dass diese nicht immer vollständig sind. Auch variiert die Breite der einzelnen Farben oder des Gesamtbogens.
Die Regenbogen zeigen sich auf einem Vorhang niedergehenden Regens, der von der Sonne beschienen wird und ihr gegenüber, als vom Beobachter aus in entgegengesetzter Himmelsrichtung, liegt. Damit sind schon 2 Vorraussetzungen zum Erscheinen des Regenbogens gegeben: Die Sonne muss scheinen und gleichzeitig müssen sich Wassertropfen in der Luft befinden. Dies ist der Fall, wenn z.B. ein Regenschauer abzieht. Laut Statistiken lassen sich die meisten Regenbogen im April und den Sommermonaten sichten.

Die Beobachtung zeigt, dass die Regenbogen auf konzentrischen Kreisen um den Gegenpunkt der Sonne liegen. Als Sonnengegenpunkt bezeichnet man einen fiktiven Punkt, der auf der Verbindungslinie Sonne-Beobachter liegt.

Der Hauptregenbogen umgibt den Sonnengegenpunkt in 42° Abstand, der Nebenregenbogen hat einen Abstand von 51°. Der Sonnengegenpunkt variiert natürlich mit dem Lauf der Sonne.Bei Sonnenauf- und -Untergang, wenn die Sonne also am Horizont steht, ist der Gegenpunkt natürlich auch am gegenüberliegenden Horizont. Wenn nun ein Regenbogen auftritt, steht dieser 42° über dem Horizont im Gegenpunkt, der Nebenregenbogen gar 51°. Der Regenbogen nimmt in diesem Fall unglaubliche Ausmaße an und ist nur noch mit extremen Weitwinkelobjektiven zu fotografieren. Steht nun die Sonne aber mehr als 50° über dem Horizont, kann kein Regenbogen entstehen.

Die Abbildung 1 zeigt die Bahn eines Lichtstrahls durch einen Regentropfen. Im Punkt A dringt der Lichtstrahl in den Wassertropfen ein, verläuft bis Punkt B und gelangt anschließend über Punkt C an das Auge des Beobachters zurück. Der Winkel vom eintreffenden zu austretenden Strahl beträgt 42°, also genau der Winkel den der Regenbogen besitzt.

Die Abbildung 2 zeigt einen anderen Regentropfen, wo das Licht erst nach zweimaliger Reflektion den Tropfen im Winkel von 51° verlässt. An dieser Stelle erscheint der Nebenregenbogen. Das erklärt auch, warum der Nebenregenbogen schwächer ist. Immerhin hat ein Teil des Lichtstrahls den Tropfen schon im Punkt C verlassen (Ein Teil des Lichtes wird auch schon am Punkt A zurückreflektiert, ebenso verlässt ein Teil am Punkt B den Tropfen).

Für den Beobachter zeigt sich diese Brechung und Reflektion aber nur jeweils von Tropfen mit 42° und 51° Winkel zum Sonnengegenpunkt. Das in anderen Tropfen gebrochene und gespiegelte Licht bleibt für den Beobachter unsichtbar.
Bei der Beobachtung der Abbildungen fällt auf, dass das Licht nicht gerade in die Tropfen eindringt – es wird gebrochen.
Der Brechungsindex (n) des Wassers beträgt n=1,333. D.h. der Lichtstrahl wird um den 1,3fachen Wert abgelenkt. Das Licht wird also zweimal, beim Eintritt und beim Austritt gebrochen.

Was ist nun aber, wenn, wie bei der Sonne, mehrere Lichtstrahlen auf den Tropfen fallen. Abbildung 3 verdeutlicht es: Man erkennt, dass nahe der Tropfenmitte eintretende Strahlen fast wieder in die gleiche Richtung zurückkehren, nachdem sie den Tropfen auf der unteren Seite verlassen haben. Ein Lichtstrahl, der in die Mitte des Tropfens fällt, wird sogar in sich selbst reflektiert. Der sogenannte Maximal abgelenkte Strahl ist der fettgezeichnete, der mit 42° den größten Winkel erreicht. All das entsteht durch das Zusammenspiel von Brechung und Reflektion.
Einzig und allein die Strahlen die in der Nähe der fettgedruckten Linie in den Tropfen eindringen, lassen den Regenbogen für uns erscheinen.

Aber auch die anderen Strahlen werden für uns sichtbar. Das folgende Bild zeigt es. Innerhalb des Regenbogens erscheinen die Wolken heller. Diese Aufhellung entsteht durch ebene jene Lichtstrahlen die in einem Winkel von weniger als 42° zum Beobachter reflektieren. Außerhalb des Hauptregenbogens, also jenseits der 42° sind die Wolken dunkel. Dies erklärt sich dadurch, dass der maximal abgelenkte Strahl ja höchstens 42° erreichen kann.

Die 42° (und 51° für den Nebenregenbogen) gelten natürlich nicht nur für eine Ebene, sondern für alle Richtungen relativ zur Linie Beobachter – Sonnengegenpunkt. Man kann sich das ganze wie einen Kegel vorstellen: Der Beobachter bildet die Spitze, am Ende des Kegels liegt der Regenbogen. Theoretisch müsste man also einen ganzen Kreis als Regenbogen sehen. Da der Horizont im Weg steht, reicht es meistens maximal zu einem Halbkreis. Von Berggipfeln oder aus dem Flugzeug heraus lässt sich hin und wieder aber auch ein kompletter Kreis beobachten.
Da jeder Beobachter seinen „eigenen“ Sonnengegenpunkt besitzt, sieht im Prinzip auch jeder einen anderen Regenbogen – selbiger wird dann natürlich von anderen Tropfen gebildet.
Das was den Regenbogen nun aber so faszinierend macht, sind seine Farben. Wie in Abbildung 4 gezeigt, wird das Licht beim Eindringen in den Tropfen in seine einzelnen Spektralfarben gespalten. Der Brechungsindex von Wasser für blaue Licht beträgt n=1,344, für rotes Licht dagegen n=1,329. Blaues Licht wird somit stärker gebrochen als rotes. Dies verdeutlicht Abbildung 5.

Nachdem der Strahl im Punkt A gebrochen ist, teilt er sich in mehrere farbige Strahlen auf. Bei der erneuten Brechung im Punkt C entfernen sich die Strahlen noch mehr voneinander. Wie man erkennen kann, besitzt Rot einen größeren Winkel als Blau, es ist also weiter vom Sonnengegenpunkt entfernt. Durch die zweimalige Reflektion im Tropfen werden die Farben gedreht und Rot erscheint an der Innenseite des Nebenregenbogens.
Doch auch die jeweilige Tröpfchengröße ist von Bedeutung. Bei einem großem Radius bis 1 mm zeigt der Regenbogen ein intensives Violett, bei ¼ mm ist das Rot im Hauptregenbogen sehr schwach, zeigt der Nebenregenbogen ein auffälliges Gelb sind die Tropfen etwa 0,1 bis 0,15 mm groß.
Sind die Tropfen noch kleiner und haben Radien von weniger als 0,05 mm erscheint ein weißer Bogen. Ein solcher Bogen erscheint meist nur im Nebel und heißt daher Nebelbogen. Daneben gib es auch noch sogenannte Taubogen und Wolkenbogen. Diese Erscheinungen haben eine ähnliche Entstehungsweise wie ein Regenbogen. Manchmal lässt sich am Meer auch ein zusätzlicher, im Wasser gespiegelter Regenbogen beobachten.
Auch am Mond können Regenbogen beobachtet werden. Diese sind aufgrund der niedrigeren Helligkeit des Mondes jedoch wesentlich lichtschwächer. Außerdem erscheinen sie unserem Auge auch weißlich, da das menschliche Auge nachts nur schwer Farben „sehen“ kann.
Die Erscheinungsformen des Regenbogens sind also vielfältig!

Wird das Licht der Sonne in den Eiskristallen der Schleierwolken gebrochen und gespiegelt entstehen sogenannte Halo-Erscheinungen. Da Eis einen anderen Brechungsindex besitzt, und die Kristalle verschiedene Formen aufweisen kann es zu kuriosen regenbogenfarbigen Erscheinungen rund um die Sonne kommen. Solche Haloerscheinungen sind auch häufiger als Regenbogen. Es gibt etwa 10 häufige und 50 seltene dieser Erscheinungen.

Abb.1

Abb.2

Abb.3, aus [1]

Abb.4

Abb.5

Haloerscheinung: Nebensonne

::: Bilder :::

Intensiver doppelter Regenbogen mit Interferenzbögen:
Datum: 29.10.00 um 17:00 Uhr
Sonnenhöhe: 8,5°

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Sehr breiter Regenbogen mit Interferenzbögen:
Datum: 04.02.01 um 17:05 Uhr
Sonnenhöhe: 2,5° !

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Doppelter Regenbogen:
11.07.00, ca. 19:00 MESZ bei Carcasonne, Frankreich

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Roter Regenbogen:

In seltenen Fällen kann es zu einem Roten Regenbogen kommen. Kurz vor, oder kurz nach Sonnenuntergang bzw. Sonnenaufgang wird das Licht der Sonne in der Atmosphäre gestreut (sichtbar z.B. beim Abendrot) - es wird nur noch das rote Licht durchgelassen. Der rote Regenbogen kann noch 15 Minuten nach Sonnenuntergang (bzw. Aufgang, hier genau anders herum) sichtbar sein.

Bei den folgenden Aufnahmen steht die Sonne noch knapp über dem Horizont. Daher erscheint der Regenbogen noch "relativ" farbig.

Roter Regenbogen:

Herbst 1999, kurz vor Sonnenuntergang

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Regenbogen am 08. September 2001:

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Sonderseite zum anomalen Regenbogen vom 03. Juni 2002

Vollständiger Regenbogen am 05. Juni 2002:
20:28 MESZ in Köln. Bilder mit Digitalkamera.

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Regenbogen mit Interferenzbögen am 11. Juni 2002 gegen 19:30 MESZ in Köln:
Bilder mit Digitalkamera C-4040

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Roter Regenbogen nach Sonnenuntergang am 17. Juli 2002 zwischen 21:28 und 21:42 MESZ:
Bilder mit Digitalkamera Olympus C-4040, alle Bilder eine Belichtungsstufe unterbelichtet.

Rötlicher Regenbogen um 21:30 MESZ bei einer Sonnenhöhe von 0,1° über dem Horizont. Bild mit ca. 100 mm Tele.

Rötlicher Regenbogen mit Nebenregenbogen um 21:33 MESZ bei einer Sonnenhöhe von 0,1° unter dem Horizont. Bild mit 35 mm.

Doppelter roter Regenbogen um 21:34 MESZ bei einer Sonnenhöhe von 0,2° unter dem Horizont. Bild mit ca. 50-60 mm

Intensiver doppelter roter Regenbogen um 21:35 MESZ bei einer Sonnenhöhe von 0,2° unter dem Horizont. Bild mit ca. 50-60 mm

Intensiver doppelter roter Regenbogen um 21:35 MESZ bei einer Sonnenhöhe von 0,3° unter dem Horizont. Bild mit ca. 50-60 mm

Doppelter roter Regenbogen um 21:36 MESZ bei einer Sonnenhöhe von 0,3° unter dem Horizont. Bild mit ca. 50-60 mm

Roter Regenbogen um 21:38 MESZ bei einer Sonnenhöhe von 0,5° unter dem Horizont. Bild mit ca. 50-60 mm. Dieses Bild entstand 6 Minuten nach Sonnenuntergang!