Der Himmel der Erde ist violett, wir sehen ihn nur als blau

Credit: Pixelbay user LalalaB. (CC0 Public Domain)

Warum ist der Himmel blau? Diese Frage wird häufig von Kindern gestellt, und die einfache Antwort lautet, dass blaues Licht von unserer Atmosphäre stärker gestreut wird als rotes Licht, daher der blaue Himmel. Das ist grundsätzlich richtig, aber warum sehen wir dann keinen violetten Himmel?

Der blaue Himmel, den wir beobachten, hängt von zwei Faktoren ab: wie das Sonnenlicht mit der Erdatmosphäre interagiert und wie unsere Augen dieses Licht wahrnehmen.

Wenn Licht mit unserer Atmosphäre interagiert, kann es gestreut werden, ähnlich wie eine Billardkugel mit einer anderen zusammenstoßen kann, so dass sie in unterschiedliche Richtungen fliegen. Die wichtigste Form der atmosphärischen Streuung wird als Rayleigh-Streuung bezeichnet. Wenn Sie sich vorstellen, dass Photonen an Luftmolekülen abprallen, ist das eine grobe Annäherung. Aber Photonen und Luftmoleküle sind keine Billardkugeln, es gibt also Unterschiede. Einer davon ist, dass das Ausmaß der Streuung von der Wellenlänge (oder Farbe) des Lichts abhängt. Je kürzer die Wellenlänge, desto stärker wird das Licht gestreut. Da der Regenbogen der Farben von Rot bis Violett den Wellenlängen des Lichts von lang bis kurz entspricht, werden die kürzeren blauen Wellenlängen stärker gestreut. Daher erscheint unser Himmel aufgrund des vielen gestreuten blauen Lichts blau. Dies ist auch der Grund, warum Sonnenuntergänge rot erscheinen können. Blaues Licht wird gestreut und hinterlässt einen rötlich aussehenden Sonnenuntergang.

Aber wenn das der Fall ist, warum ist der Himmel dann nicht violett? Sicher, blaues Licht wird stärker gestreut als rotes oder grünes, aber violettes Licht hat eine noch kürzere Wellenlänge, also sollte violett stärker gestreut werden als blau. Müsste der Himmel nicht violett oder zumindest violett-blau erscheinen? Es stellt sich heraus, dass unser Himmel violett ist, aber aufgrund der Funktionsweise unserer Augen blau erscheint.

Menschliches Auge. Credit: Wikipedia

Wir sehen keine einzelnen Wellenlängen. Stattdessen verfügt die Netzhaut unseres Auges über drei Arten von farbempfindlichen Zellen, die als Zapfen bezeichnet werden. Eine Art ist am empfindlichsten für rote Wellenlängen, während die beiden anderen am empfindlichsten für grüne und blaue Wellenlängen sind. Wenn wir etwas betrachten und das Licht auf unsere Netzhaut trifft, können unsere Gehirne anhand der Stärke des Signals der einzelnen Zapfentypen die Farben bestimmen, die wir sehen. Diese Farben entsprechen in etwa den tatsächlichen Wellenlängen, die wir sehen, aber es gibt subtile Unterschiede. Während jede Art von Zapfen ihre höchste Empfindlichkeit bei Rot, Grün oder Blau hat, erkennen sie auch Licht in anderen Farben. Licht mit „blauen“ Wellenlängen stimuliert die blauen Zapfen am stärksten, aber sie stimulieren auch rote und grüne Zapfen nur ein wenig. Wenn es wirklich blaues Licht wäre, das am meisten gestreut wird, dann würden wir den Himmel in einem leicht grünlichen Blau sehen.

Wir sehen den grünlichen Farbton jedoch nicht, weil der Himmel violettes Licht enthält. Violett wird von der Erdatmosphäre am stärksten gestreut, aber die blauen Zapfen in unseren Augen sind dafür nicht so empfindlich. Unsere roten Zapfen können zwar kein blaues oder violettes Licht sehen, aber sie sind etwas empfindlicher für violettes Licht als unsere grünen Zapfen. Würden nur violette Wellenlängen gestreut, würden wir violettes Licht mit einer rötlichen Färbung sehen. Kombiniert man jedoch das blaue und violette Licht des Himmels, sind die grünliche Färbung des blauen und die rötliche Färbung des violetten Lichts etwa gleich stark und verwischen sich. Was wir also sehen, ist ein blassblauer Himmel.

Was die Wellenlängen angeht, ist der Himmel der Erde in Wirklichkeit ein bläuliches Violett. Aber wegen unserer Augen sehen wir ihn als blassblau.

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