Warum ist der Himmel blau
Die physikalische Erscheinung des blauen Himmels hat mit der Streuung des Lichtes zu tun. Hierbei muss das Sonnenlicht auf seinem Weg in Richtung Erde direkt durch die Atmosphäre gelangen.
Die Atmosphäre ist gefüllt mit vielen Gasmolekülen. Wenn nun das Licht der Sonne auf die kleinen Teilchen auftrifft, wird dieses gestreut bzw. umgelenkt. Hierbei wird das weiße Licht jedoch zugleich in die einzelnen Bestandteile zerlegt. Dieses wird aufgespalten und erscheint in den bekannten Farben. Diese verschiedenen Farben werden verschiedenartig stark gestreut. Hierbei ist die Streuung umso stärker, je kleiner die Wellenlänge des Lichtes ist bzw. je energiereicher die Strahlung ist.
Blaue Strahlen sind energiereicher als beispielsweise rote. Die blauen Anteile des Lichts werden daher auch viel stärker bei einer Streuung gelenkt. Irgendwo am Himmel steht nun die Sonne, die weiß bis gelb ist. Diese strahlt jedoch in alle Richtungen und auch in die restliche Atmosphäre.
Viele dieser Sonnenstrahlen werden danach in der Atmosphäre gestreut, dass sie erneut in die Richtung zurückgelenkt werden, also auf das Auge auftreffen. Dies sind jedoch nur die stärker gestreuten Lichtstrahlen, also die blauen Anteile. Die rötlichen Strahlen dagegen werden weniger stark abgelenkt. Dies bedeutet, dass sie die Erde nicht mehr erreichen. Der Himmel ist daher blau, da lediglich die blauen Strahlen so stark abgelenkt und auch gestreut werden, dass sie auf das menschliche Auge auftreffen.
Die sprachgeschichtliche Erklärung, warum der Himmel blau ist
Der Himmel erscheint deshalb blau, weil Menschen ein eigenes Wort für diese Farbe haben. Dies erklärt die Sprachwissenschaft. So gibt es Sprachen auf der ganzen Welt, die nicht zwischen Grün oder Blau unterscheiden, sondern sie haben hierfür nur ein Wort. Es kann zudem davon ausgegangen werden, dass die Menschen Blau und Grün nicht als zwei unterschiedliche Farben vernehmen, sondern als unterschiedliche Schattierungen des Farbtons.
Zudem gibt es auch Sprachen, welche lediglich drei Farbwörter haben. Dies sind Weiß, Schwarz und Rot. Hierbei sind Schwarz und Weiß nahezu gleichbedeutend mit hell und dunkel. Wenn nun die Menschen in einem solchen Sprachraum gefragte werden, welche Farbe der Himmel ihrer Meinung nach hat, dann ist für diese der Himmel zumeist dunkel oder auch hell und abends eventuell auch einmal rot.
Einen eigentlichen „blauen“ Himmel jedoch kennen diese Menschen nicht, da sie kein Wort für diese Farbe haben und blau offenbar nicht als eine autonome Farbe vernehmen. In diesem Sinn prägt hierbei die Sprache die tatsächliche Wahrnehmung.
Die Rayleigh-Streuung verleiht dem Himmel die blaue Farbe
Bereits im 19. Jahrhundert entdeckte dieses der Engländer John Strutt als dritter Baron die Rayleigh. So wurde dieses Phänomen, das den Menschen den blauen Himmel beschert, auch Rayleigh-Streuung genannt.
Diese beschreibt hierbei konkret, was passiert, wenn die Sonnenstrahlung an den Molekülen der Luft gestreut wird und gilt auch ganz allgemein für sämtliche Arten der elektromagnetischen Strahlung. Auch für alle Teilchen, welche kleiner sind als die Wellenlänge der Sonnenstrahlung, ist diese Annahme gültig.
Die Leistung, mit welcher die Teilchen die aufgenommene Sonnenstrahlung wieder abgeben, ist umgekehrt proportional zum vierten Faktor der Wellenlänge der Sonnenstrahlung. Je geringfügiger die Wellenlänge der Strahlen ist, umso stärker wird diese deshalb gestreut.
Wenn nun die Sonne höher am Himmel steht, so ist der Weg, welchen das Licht durch die Lufthülle der Erde zurücklegen muss, recht kurz. Die Atmosphäre der Erde besteht zum Großteil aus den Molekülen Sauerstoff und Stickstoff. Die Lichtstrahlung trifft auf jene kleinen Teilchen innerhalb der Luft und wird von diesen abgelenkt bzw. gestreut.
Das blaue und kurzwellige Licht wird anliegend von den Molekülen der Luft stärker gestreut als das rote und langwellige Licht. Da hauptsächlich also blaues Licht von den kleinen Teilchen der Luft zurückgeworfen wird, scheint den Menschen der Himmel klar, wolkenlos und blau.
Wenn sich der Himmel nun bei hellem Sonnenschein in seinen schönsten Blautönen zeigt, liegt dies vor allem daran, dass das Sonnenlicht an den kleinsten Luftteilchen in der Atmosphäre gestreut wird. Das Licht der Sonne besteht aus vielen einzelnen Strahlen, die sich wellenartig fortbewegen. Wenn alle diese Lichtstrahlen mit einem Mal gesehen werden, erscheint das Licht in weißer Farbe.
Wenn das Licht jedoch auf ein Prisma oder auch in einem definierten Winkel auf einen Regentropfen auftrifft, können die Menschen die einzelnen Lichtstrahlen als Spektralfarben wahrnehmen. Diese sind zum Beispiel als ein Regenbogen sichtbar, welcher aus den Farben Orange, Rot, Gelb, Grün, Violett und Blau besteht.
Das Licht der einzelnen Spektralfarben hat jedoch eine andere Wellenlänge bzw. einen anderen Abstand zwischen den beiden aufeinander liegenden Wellenbergen. So hat das rote Licht beispielsweise eine lange Wellenlänge, das blaue Licht hingegen hat eine recht kurze.
Die Sonne gibt ihre Strahlung als Licht ab, welches sich wellenartig durch die Atmosphäre bewegen kann. Werden die Lichtstrahlen in der Vollständigkeit betrachtet, heißt dies, dass die Sonne gelblich-weiß erscheint.
Die blaue Farbe des Himmels aber wird stets von dem gestreuten Licht gebildet, welches auf dem Weg zur Erde von den Gasmolekülen in der Atmosphäre abgelenkt wird.
Je nach Stand der Sonne ändert sich die Distanz, welche das Licht bewältigen muss. Am Tag, bei hohem Stand der Sonne, ist der Weg auf die Erde recht kurz. Dies bedeutet, aus dem bunten Spektrum der Farben des Lichtes wird überwiegend das blaue und kurzwellige Licht gestreut.
Der Himmel auf anderen Planeten
Wie sieht es nun mit dem Himmel auf den anderen Planeten aus? Erscheint dieser auch rot oder blau? Dies kommt immer auf die Lufthülle des Himmelskörpers an oder besser auf die Dichte sowie die Zusammensetzung.
So gibt es beispielsweise auf dem Mond gar keine Atmosphäre und hier ist der Himmel in jedem Falle immer schwarz, und das Sonnenlicht trifft frei auf die Oberfläche und erscheint hier weiß. Der Mars hat eine besonders dünne Atmosphäre, welche überwiegend aus kleinen Teilchen aus Rost (Eisen(III)-oxid) und Kohlendioxid besteht.
Jene NASA-Sonden, welche den Mars entdecken, blicken deshalb stets in den gelbroten Himmel. Auf der Venus existiert eine Atmosphäre aus Kohlendioxid, diese ist jedoch sehr dicht. Außerdem wird sie von einer etwa 20 Kilometer dicken Schicht aus Wolken umgeben, welche zum Großteil aus Schwefelsäure besteht.
Das Licht der Sonne kann solche dicken Schichten nur schwerlich durchdringen. Farbliche Aufnahmen sowjetischer Sonden auf der Venus lassen jedoch vermuten, dass der Himmel von der Oberfläche der Venus aus betrachtet gelblich-orange aussieht.
