Jan16

In der als Atmosphäre bezeichneten Kugelsphäre der Erde entstehen durch das Zusammenwirken meteorologischer und optischer Gesetze faszinierende Erscheinungen von Abendrot über Himmelblau zu Halos, Höfen, Regenbögen, Polarlichter und vieles mehr.

Vertikaler Aufbau der Erdatmosphäre

Vertikaler Aufbau der Erdatmosphäre

Die unterste Lufthülle der Erde, die Troposphäre  besteht zu 76%  aus Stickstoff und 23% Sauerstoff. Die restlichen 1% teilen sich verschiedene Edelgase, Kohlendioxid und Wasserdampf. Dazu kommen Dunst- und Aerosolpartikel, die die Lichtschwächung beeinflussen.

Das Wettergeschehen selbst spielt sich vor allem in der Troposphäre ab. Es ist eine Schicht, die etwa 8 Kilometer an den Polen (wo sie im Winter bis zu 2 Kilometer niedriger ist als im Sommer) und 18 Kilometer am Äquator hoch reicht, wobei in noch höheren Schichten nur noch vereinzelt Wolken vorkommen, z. B. die leuchtenden Nachtwolken oder die faszinierenden Schauspiele der Meteore und Polarlichter.

Diese Erscheinungen lassen sich in Kategorien einordnen: Lichtbrechung an Wassertropfen, Brechung an Luftschichten, Beugung und Interferenzen, Lichtstreuung, selbstleuchtende Erscheinungen, sowie leuchtende Nachtwolken.

Das Phänomen der Polarlichter z. B. gehört zu den selbstleuchtenden Erscheinungen.

Aurora boreali, Island © Paul Morris, freie Nutzung

Aurora boreali, Island © Paul Morris, freie Nutzung

Oder die leuchtenden Nachtwolken sind Ansammlungen von Eiskristallen in der Mesopause, wo das absolute Temperaturminimum der Erdatmosphäre erreicht wird. Die meisten Sichtungen in Mitteleuropa gibt es von Anfang Juni bis Ende Juli, zur Zeit der Sommersonnenwende in der Dämmerung Richtung Norden.

Leuchtende Nachtwolken über dem Nationalpark Soomaa, Estland © Martin Koitmäe, eigenes Werk, GNU Free Documentation License

Leuchtende Nachtwolken über dem Nationalpark Soomaa, Estland © Martin Koitmäe, eigenes Werk, GNU Free Documentation License

Das Abend- und Morgenrot zählt man zu den Lichtstreuungseffekten. Die rote Farbe der Wolken entsteht, weil das Sonnenlicht an Luftmolekülen gestreut wird, wobei das blaue Licht sich stärker streut als das Rote. Für ein intensives Himmelsrot müssen viele Wassertröpfchen in der Atmosphäre vorhanden sein. Neben Wassertröpfchen können auch Staubteilchen z. B. von einem Vulkanausbruch farbige Dämmerungserscheinungen hervorrufen.

Abendrot © E. Zingg

Abendrot © E. Zingg

Lichtbrechung an Wassertropfen ruft den Regenbogen hervor. Das Sonnenlicht tritt in den Tropfen ein und wird dabei gebrochen. An der Innenwand des Tropfens wird ein Teil des Lichts reflektiert und tritt dann unter nochmaliger Brechung aus dem Tropfen aus. Die Farbverteilung des Regenbogens beruht darauf, dass der Brechungsindex des Wassers von der Wellenlänge des Lichts abhängig ist und so wird weisses Licht in seine einzelnen Farbkomponenten zerlegt.

Regenbogen © gemeinfrei

Regenbogen © gemeinfrei

Durch Lichtbeugung entstehen irisierende Wolken. Irisieren tritt häufig bei Wolken auf, die sich schnell bilden. Dann zeigen besonders die Ränder der Wolken eine purpurrote, blaue und grüne Farbe. Die Wassertröpfchen, die das Irisieren hervorrufen, sind sehr klein. Kleine Tröpfchen erzeugen grosse Kränze mit breiten Abschnitten gleicher Farbe. Die Tröpfchengrösse bestimmt die Grösse der Kränze, so dass die Farbe trotz gleichem Abstand zur Sonne unterschiedlich ist.

Irisierende Wolke © Brocken Inaglory, eigenes Werk, CC BY-SA 3.0

Irisierende Wolke © Brocken Inaglory, eigenes Werk, CC BY-SA 3.0

Wenn du das Tal sehen möchtest, steige auf den Berg.
Willst du die Bergspitze erblicken, schwinge dich zur Wolke empor.
Willst du jedoch die Wolke verstehen, schliesse die Augen und denke nach. Khalil Gibran

Viel Spass beim Beobachten des Himmels!

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