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Lexikon der Geographie: Regenbogen

Regenbogen, optische Erscheinung eines in Spektralfarben leuchtenden Kreisbogens auf einem Vorhang von Regentropfen im Gegenpol der Sonne. Im allgemeinen erscheint ein Hauptregenbogen in einem Winkelabstand von 42° um den Sonnengegenpunkt, seltener ein schwächer ausgebildeter Nebenregenbogen von 51°. Dies hat zur Folge, dass Regenbogen nur sichtbar sind, wenn die Sonne in einem Winkel unter 51° über dem Horizont steht. Der von der Sonne ausgehende Lichtstrahl wird, wie in der Abbildung (Abb. 1 Teil a ) gezeigt, an der Grenzfläche des Regentropfens beim Ein- und Austritt aus dem Tropfen gebrochen und reflektiert. Daraus ergibt sich insgesamt ein Winkel zwischen eintreffendem und austretendem Strahl von 42°. Er resultiert aus dem mittleren für gelbes Licht geltenden Brechungsindex des Wassers mit 1,333. Erfolgt im Inneren des Regentropfens eine doppelte Reflexion, dann bilden der eintreffende und der austretende Lichtstrahl einen Winkel von 51° (Abb. 1 Teil b ). Der ausgehende Lichtstrahl ist schwächer als im ersten Fall, weil bei jeder Reflexion auch Anteile der Strahlung aus dem Tropfen austreten und die Intensität des zum Beobachter gerichteten Strahls vermindern. Der Beobachter sieht also zwei konzentrische Bögen um den Gegenpol der Sonne im Winkel von 42° und 51° ( Abb. 2 ). Die Farben dieser Bögen resultieren aus der Abhängigkeit der Brechung von der Wellenlänge des Lichts. Für blaues Licht beträgt der Brechungsindex von Wasser 1,344, für rotes Licht 1,329. Blaues Licht wird folglich stärker gebrochen als rotes. Die doppelte Lichtbrechung am Regentropfen bewirkt, dass der Winkel des Kreisbogens beim Hauptregenbogen für blaues Licht kleiner ist als für rotes und das blaue Licht zum Gegenpol der Sonne hin weist. Beim Nebenregenbogen bewirkt die Kreuzung der Strahlengänge, dass der rote Strahl einen etwas kleineren und der blaue Strahl einen etwas größeren Bogen bildet. Haupt- und Nebenregenbogen wenden also ihre roten Seiten zueinander. Die Intensität der einzelnen Farben des Regenbogens ergibt sich aus dem Radius der Tropfen. Im durch den Hauptregenbogen begrenzten Kreissegment ist eine Himmelsaufhellung zu beobachten, weil dorthin alle diffus abgelenkten Strahlen gerichtet sind und in der Summe ein weißes Licht ergeben.
Diese einfache geometrische Erklärung, die bereits von Descartes 1637 entwickelt wurde, muss ergänzt werden um das Phänomen der Interferenz, indem Strahlen sich gegenseitig aufheben können, wenn sie bestimmte Laufzeitdifferenzen aufweisen. Die sichtbare Folge davon sind zuweilen schwache Sekundärbögen an der Innenseite des Hauptbogens, die als Interferenzbögen bezeichnet werden.
Regenbögen entstehen nicht nur bei Sonnenlicht, doch kann das menschliche Auge aus physiologischen Gründen die schwachen Mondregenbögen nicht mehr farbig wahrnehmen, sodass sie grau erscheinen.

JVo


Regenbogen 1: Regenbogen 1: Weg des Lichts bei a) einmaliger innerer Reflexion; b) zweimaliger innerer Reflexion.

Regenbogen 2: Regenbogen 2: Der Beobachter B sieht den Hauptregenbogen H und Nebenregenbogen N unter einem Winkelabstand von 42° und 51° um den Sonnengegenpunkt G, der unter dem Horizont liegt.
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Grafik:
Mathias Niemeyer (Leitung)
Ulrike Lohoff-Erlenbach
Stephan Meyer

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