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Lexikon der Optik: Regenbogen

Regenbogen, eine in der Regel farbenprächtige, atmosphärisch-optische Erscheinung. Sie kommt durch folgende Prozesse zustande: Brechung des Sonnenlichtes beim Eintritt in die Wassertröpfchen der Regenwand, ein- oder zweimalige Reflexion an der Innenseite der Tröpfchen und erneute Brechung beim Austritt des Lichtes. Hinzu kommen Beugungseffekte. Bei einmaliger Innenreflexion der Strahlen entsteht der Hauptregenbogen mit 42° Radius, bei zweimaliger Innenreflexion der intensitätsschwächere Nebenregenbogen mit 51° Radius (s. Farbtafel ). Der Hauptregenbogen kann beobachtet werden bei Sonnen- bzw. Mondhöhen unter 42° und Vorhandensein einer Regenwand vor dem Gegenpunkt der Sonne bzw. des Mondes. Die Breite des Hauptregenbogens beträgt etwa 1,5°, die des Nebenregenbogens 3°. Die Farben des Hauptbogens durchlaufen zum Horizont hin das Spektrum von Rot bis Violett, die des Nebenbogens von Violett bis Rot. Oberhalb des Nebenregenbogens und unterhalb des Hauptregenbogens können sich noch weitere, intensitätsschwache, sekundäre R. oder Interferenzregenbögen anschließen. Bei großen Tröpfchendurchmessern ist der R. in der Regel sehr farbenprächtig ausgebildet. Dagegen entsteht bei kleinen Tröpfchen der weiße Nebelbogen. Bei tiefstehender, rotfarbiger Sonne ist auch der R. vorwiegend rot gefärbt. Mondregenbögen sind wegen der geringen Leuchtdichte selten farbig zu beobachten. Über ausgedehnten Wasserflächen können zusätzliche gespiegelte Bögen auftreten.

Unter Verwendung des Brechungs- und des Reflexionsgesetzes kann der Verlauf von auf ein kugelförmiges Wassertröpfchen auffallenden parallelen Lichtstrahlen sowohl bei ein- als auch bei zweimaliger Innenreflexion im Rahmen der geometrischen Optik berechnet werden (R. Descartes, 1637). Die Rechnungen ergeben für die einmalige Reflexion eine Strahlenkonzentration bei einer Ablenkung von 138° gegenüber der Einfallsrichtung, und von 231° bei doppelter Innenreflexion, erklären also die Radien von 42° und 51° für Haupt- und Nebenbogen. Auch die Breite der R. und ihr spektraler Verlauf können unter Verwendung der Dispersionswerte für Wasser zufriedenstellend berechnet werden. Zur Beschreibung der Abhängigkeit der Regenbogenfarbe vom Tropfendurchmesser muß allerdings die genauere wellenoptische Theorie von G.B. Airy (1838) herangezogen werden, die auch das Auftreten der Interferenzbögen erklärt.

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