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Lexikon der Geographie: Beugung

Beugung, Änderung der Richtung von Lichtstrahlen an Hindernissen. Die Ausbreitung des Lichtes erfolgt in einem homogenen Medium in alle Richtungen gleichförmig. Jeder Punkt, der von dem Licht getroffen wird, kann als eine neue Lichtquelle angesehen werden. Trifft Licht auf einen Schirm mit kleiner Öffnung, so breitet es sich hinter dem Schirm kugelförmig aus. Dadurch entsteht eine Abweichung von der geradlinigen Ausbreitungsrichtung des Lichtes. Dieser Vorgang ist die Beugung oder Diffraktion. Die von den Punkten dieser Öffnung ausgehenden Lichtstrahlen interferieren nun miteinander indem sie sich gegenseitig aufheben, wenn sie eine halbe Wellenlänge aus der Phase sind, oder verstärken, wenn sie in Phase sind. Dadurch entstehen konzentrische Lichtringe als Ergebnis der Beugung. Das Ausmaß der Beugung ist abhängig von der Wellenlänge. Langwelliges (rotes) Licht wird stärker gebeugt als kurzwelliges (blaues). Daher sind Beugungen von weißem Licht oft mit Farberscheinungen verbunden.
In der Atmosphäre findet eine Beugung des Lichtes an den festen und flüssigen Bestandteilen statt, insbesondere an Wassertöpfchen, Eiskristallen und Staubpartikeln, wenn deren Radius größer ist als die Wellenlänge des Lichts. Je kleiner ihr Durchmesser ist, desto stärker ist die Beugung.
Durch Beugung entstehen farbige Kränze oder Aureolen um Sonne und Mond in der Form einer partiellen Aufhellung um diese herum. Sie bilden einen kleinen Winkel zum Kranzmittelpunkt. Er wird mit zunehmender Größe der beugenden Partikel kleiner, daher ist aus der Größe des Kranzes die Wolkentröpfchengröße abzuschätzen. Zuweilen sind die Kränze in mehrere konzentrische farbige Ringe gegliedert. Da Mond und Sonne aber keine punktförmigen Lichtquellen sind und die Wolken nicht aus völlig gleich großen Tröpfchen bestehen, ergibt sich meist kein Abbild der Spektralfarben, sondern es finden Überlagerungen statt. In die farbigen Kränze sind dadurch weiße Ringe eingefügt. Nur bei sehr homogenen optischen Bedingungen kann die Abfolge der Spektralfarben beobachtet werden. Da das rote Licht am stärksten und das blaue am geringsten gebeugt wird, ist ein Kranz innen blau und außen rot. Voraussetzung ist eine möglichst homogene Schicht kleiner und gleich großer Partikel, wie dies beispielsweise in dünnen stratiformen Wolken oder nach vulkanischen Stauberuptionen in die Stratosphäre der Fall ist. Da die Stäube relativ zu den Wolkentröpfchen sehr klein sind, ist der Radius der Kränze sehr groß. Sie werden dann nach der Beschreibung durch Sereno Bishop nach dem Vulkanausbruch des Krakatau 1883 als Bishops-Ringe bezeichnet.
Andere Beugungserscheinungen sind Glorien oder Heiligenscheine, die im Gegenpol von Sonne und Mond zu sehen sind. Sie zeigen sich auf Wolken oder in Nebelbänken um einen Schatten herum, z.B. den Kopf des Beobachters oder den Schatten eines Flugzeuges auf der Wolkenoberseite. Glorien sind weniger lichtintensiv als Kränze. Auch sie weisen nicht nur Aufhellungen , sondern auch farbige Ringe auf. Eine besondere Form ist das Brockengespenst, bei dem sich Schatten und Glorien zu bewegen scheinen. Es ist mit der Bewegung der Wolken oder Nebel zu erklären und mit den Schwierigkeiten des menschlichen Auges, in diffusem Licht räumliche Bilder wahrzunehmen und Entfernungen abzuschätzen.

JVo

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Grafik:
Mathias Niemeyer (Leitung)
Ulrike Lohoff-Erlenbach
Stephan Meyer

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