Autor

Dr. Martin Brinkmann
Dr. Martin Brinkmann

Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation, Göttingen

Dr. Martin Brinkmann (35 Jahre) studierte Mathematik und Physik an der Freien Universität (FU) Berlin und promovierte in theoretischer Physik an der Universität Potsdam. Nach einem einjährigen Forschungsaufenthalt in Frankreich forscht er seit 2005 am Max-Planck Institut für Dynamik und Selbstorganisation in der Abteilung Dynamik komplexer Fluide.

Frage:

Wie entsteht ein Regenbogen?

Antwort:

Die ersten richtungweisenden Ansätze dieses optischen Phänomens zu erklären, stammen aus dem späten Mittelalter. Sowohl der islamische Gelehrte Kamal-al-Din al-Farist als auch der Mönch Dietrich von Freiberg führen die Erscheinung eines Regenbogens auf die Brechung und Reflexion von Lichtstrahlen in einem kugelförmigen Wassertropfen zurück.

Die heute noch gültige, weiterführende Erklärung geht auf Isaak Newton und René Descartes zurück: Lichtstrahlen werden an der Oberfläche eines Regentropfens zum optisch dichteren Medium, dem Wasser, gebrochen. Die Innenseite der Tropfenoberfläche reflektiert einen Teil des Lichtes, das, bevor es den Tropfen verlässt, noch einmal gebrochen wird. Der dann austretende Lichtstrahl erzeugt den Hauptbogen.

Der Winkel, unter dem der austretende Strahl gegenüber dem einfallenden Strahl abgelenkt wurde, hängt davon ab, wie zentral der Strahl auf das Tröpfchen gefallen ist. Erhöht man den Abstand des Auftreffpunktes von der Mitte, verringert sich der Ausfallswinkel von 180° bis auf 138°, wächst dann aber wieder stetig an. So wird ein Großteil des Lichtes der Sonne, das gleichmäßig auf den Regentropfen auftrifft, in einem schmalen Bereich des Austrittswinkels konzentriert und ist als Regenbogen sichtbar.

Die Farben des Regenbogens entstehen durch die unterschiedlich starke Brechung von farbigem Licht. Rotes Licht wird schwächer gebrochen als violettes Licht und erscheint daher am Außenrand des Bogens. Die Reihenfolge der Farben des Rebenbogens, der durch zweimalige Reflektion eines Lichtstrahls im Regentropfen entsteht, ist umgekehrt.

Der Strahl wird hier in der Summe um mehr als 180° von seiner ursprünglichen Richtung abgelenkt und erreicht das Auge des Beobachters von der anderen Seite relativ zu dem Auftreffpunkt auf der Tropfenoberfläche. Auch hier gibt es einen größten Ablenkwinkel, wenn der Abstand des Auftreffpunktes von der Mitte der Tropfenfläche variiert wird.

 
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