Warum der Himmel blau ist und Sonnenuntergänge rot sind

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Der Himmel erscheint tagsüber blau, während Sonnenaufgänge und Sonnenuntergänge oft in Rot- und Orangetönen leuchten. Dieses Phänomen ist primär darauf zurückzuführen, wie das Sonnenlicht mit der Erdatmosphäre interagiert, ein Prozess, der als Rayleigh-Streuung bekannt ist [1].

Der blaue Himmel

Sonnenlicht, das für unsere Augen weiß erscheint, setzt sich in Wirklichkeit aus allen Farben des Regenbogens zusammen, wobei jede eine unterschiedliche Wellenlänge hat [2]. Die Erdatmosphäre enthält winzige Gasmoleküle, hauptsächlich Stickstoff und Sauerstoff [1]. Wenn das Sonnenlicht in die Atmosphäre eintritt, streuen diese winzigen Moleküle das Licht in alle Richtungen [2].

Die Rayleigh-Streuung besagt, dass kürzere Wellenlängen des Lichts wesentlich effizienter gestreut werden als längere Wellenlängen [1]. Blaues und violettes Licht haben die kürzesten Wellenlängen im sichtbaren Spektrum, was bedeutet, dass sie von den atmosphärischen Molekülen viel intensiver gestreut werden [3]. Da das blaue Licht über den gesamten Himmel gestreut wird, erscheint uns der Himmel blau www.nesdis.noaa.gov.

Obwohl violettes Licht eine noch kürzere Wellenlänge als blaues Licht hat und intensiver gestreut wird, sind unsere Augen empfindlicher für blaues Licht. Zudem wird ein Teil des violetten Lichts in der oberen Atmosphäre absorbiert, weshalb wir den Himmel als blau und nicht als violett wahrnehmen [4].

Rote Sonnenuntergänge

Bei Sonnenaufgang und Sonnenuntergang steht die Sonne niedrig am Horizont, was bedeutet, dass ihr Licht eine wesentlich größere Dicke der Erdatmosphäre durchqueren muss, um unsere Augen zu erreichen weather.metoffice.gov.uk. Auf diesem längeren Weg wird fast das gesamte blaue und violette Licht weggestreut und effektiv herausgefiltert www.nesdis.noaa.gov.

Was übrig bleibt, um direkt durch die Atmosphäre zu unseren Augen zu gelangen, sind die Farben mit den längeren Wellenlängen: Rot, Orange und Gelb. Diese Farben werden viel weniger effizient gestreut und können die dickere atmosphärische Schicht direkter durchdringen, was zu den dramatischen Rot- und Orangetönen führt, die bei Sonnenauf- und -untergängen zu sehen sind weather.metoffice.gov.uk www.nesdis.noaa.gov.

Einfluss von Verschmutzung und Staub

Luftverschmutzung und Staub können die Farben von Sonnenaufgängen und Sonnenuntergängen erheblich verändern [2, 7]. Partikel wie Staub, Rauch und Aerosole aus der Verschmutzung sind im Allgemeinen größer als die Gasmoleküle in einer sauberen Atmosphäre. Diese größeren Partikel streuen ebenfalls Licht, und wenn sie in moderaten Mengen vorhanden sind, können sie die Streuung des blauen Lichts verstärken, was zu noch lebhafteren roten und orangefarbenen Nuancen führt [2]. Übermäßige Mengen an großen oder sehr zahlreichen Partikeln können jedoch alle Wellenlängen des Lichts wahllos streuen, wodurch der Himmel dunstig oder matt erscheint [2].

Himmel auf anderen Welten

Planeten ohne eine substanzielle Atmosphäre, wie der Mond, haben selbst tagsüber einen schwarzen Himmel, da es keine Moleküle gibt, die das Sonnenlicht streuen [8]. Auf dem Mars ist der Himmel aufgrund des allgegenwärtigen feinen Staubs in seiner dünnen Atmosphäre typischerweise butterscotchfarben, gelblich-braun oder rötlich-orange [8]. Dieser Marsstaub, der reich an Eisenoxiden ist, absorbiert blaues Licht und streut rotes und gelbes Licht effektiver. Interessanterweise können Mars-Sonnenaufgänge und -untergänge in der Umgebung der Sonne bläulich erscheinen, da der Staub das blaue Licht vorwärts in Richtung des Beobachters streut, wenn die Sonne tief am Horizont steht [8].