Warum ist der Himmel blau?

Die Erde ist von einer Atmosphäre umgeben, einer von der Schwerkraft des Planeten festgehaltene Gashülle, die aufgrund ihrer vertikalen Temperaturverteilung in verschiedene Stockwerke untergliedert wird.

Die Grundmasse der Atmosphäre, die trockene, reine Luft besteht aus einem Gemisch von Gasen, die unter unseren atmosphärischen Bedingungen nicht in die flüssige oder feste Phase übergehen können.

Dies sind

und Spuren von bestimmten %-Sätzen von Edelgasen (Neon, Helium, Krypton, und Xenon) sowie Ozon (O₃) und Wasserstoff (H₂). Ozon und Wasserstoff variieren in ihren Anteilen sowohl zeitlich als auch örtlich.

Diese Grundmasse der Atmosphäre ist vermischt mit zeitlich und örtlich wechselnden Anteilen von Wasserdampf und Aerosolen. Zu den Aerosolen zählen alle Verunreinigungen der Luft, wie Staub, Rauch, Dämpfe oder Mikroorganismen. Die Quelle dieser Partikel können menschlicher oder natürlicher Art sein, wie Saharastaub, Gesteinsstaub von Vulkanausbrüchen, Salzstaub aus den Meeren, Rauch von Vulkanausbrüchen, Steppen- oder Waldbränden oder dem Betrieb von Verbrennungsmotoren.

Das von der Sonne kommende Licht unterliegt beim Durchgang der Atmosphäre einem Energieverlust durch diffuse Reflexion und selektive Absorption. (Wir nähern uns der Antwort auf unsere Frage!!)

Die diffuse Reflexion ist eine allseitige Streuung der Strahlung. Das Licht der Sonne wird also an den unterschiedlichen Bestandteilen der Atmosphäre ungerichtet reflektiert. Ein Teil der Strahlung geht wieder in den Weltraum zurück, der andere Teil erreicht die Erdoberfläche als das sogenannte diffuse Himmelslicht.

Wie das nun aussieht, was wir von dem Licht der Sonne sehen, wird von zwei wichtigen Faktoren bestimmt. Diese sind

1. die Länge des Wegstrecke durch die Atmosphäre (und damit die Menge an reflektieren Teilchen auf dem Weg), und

2. die Art der reflektierenden Teilchen

Bei der Reflexion an Luftmolekülen sind die betroffenen Teilchen rund 100mal kleiner als die Wellenlänge des Lichtes. Unter diesen Bedingungen ist der Streuungseffekt sehr stark von der Wellenlänge der Strahlung abhängig. Die kurzen Wellenlängen, also die blauen Anteile, werden etwa 16mal stärker gestreut als die langen (roten) Wellenlängen.
Die direkte Folge davon ist, daß in der Atmosphäre der blaue Anteil des Lichtes viel stärker zwischen den Luftmolekülen hin und her reflektiert wird und uns daher blau erscheint.
Sinkt die Sonnenscheibe nahe den Horizont verfärbt sie sicht rot. Das ist darauf zurückzuführen, das dann der Blauanteil aus dem unser Auge direkt treffenden Strahlenbündel fast komplett herausreflektiert worden ist, und der Rotanteil überwiegt.
Wenn trübende Teilchen in der Atmosphäre sind, beispielsweise von einem Brand oder Vulkanausbruch, die eine Größe von unter 10^-5 cm haben, wird der gleiche Effekt hervorgerufen.

Normalerweise sind die Aerosolpartikel aber größer. An ihnen wird das gesamte Strahlenbündel gleichmäßig stark reflektiert. Daher erscheinen Schleierwolken oder Nebelbänke weiß (die Schatten der Wolken grau), im Licht der Abend- oder Morgensonne aber rot.

Literaturempfehlung:
W. Weischet (1988): Einführung in die Klimatologie;- B.G.Teubner Stuttgart; Ein Lehrbuch zur Einführung in die physikalische Betrachtungsweise der Allgemeinen Klimatologie

Damit ist so im Groben und Ganzen die physikalische Sicht, mit dem Raumbezug der Geographie erklärt. Aber warum ist das, was an unserem Auge nun ankommt BLAU?
Damit schweifen wir ab in die Biologie - und da wollte ich eigentlich gar nicht hin ...
Jedenfalls haben wir Zellen in unserem Auge, auf der Netzhaut, die auf das ankommende „blaue“ Licht reagieren und einen Impuls in unser Gehirn schicken. Dort wird dieser Impuls interpretiert und als „das ist Licht in der Farbe blau“ weiter verarbeitet. Ob jeder Mensch ein Licht einer bestimmten Wellenlänge gleich sieht, ob wir also zusammen in den Himmel schauen und das gleiche sehen, kann ich nicht sagen.
Jedenfalls haben wir gelernt, diesen Sinneseindruck als „blau“ zu bezeichnen.

Wenn wir uns von den Menschen trennen, und uns im Tierreich weiter umschauen, wird das noch unbestimmter. Bienen, beispielsweise, können ultraviolettes Licht sehen. Für sie sieht unser „blaue Himmel“ bestimmt noch einmal ganz anders aus ...

Also müßte die einfache Antwort von ganz oben noch erweitert werden: Weil wir eine Atmosphäre und eine Sonne haben, und Menschen sind mit Augen, die so gebaut sind, wie sie es eben sind.

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Januar 2001
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