Blau, Violett, Rot, Orange, Gelb, Grau – der Himmel kann viele Farben haben, je nach Licht- und Wetterlage. So kann das Firmament tagsüber ganz andere Schattierungen aufweisen als in den Morgen-, Abend- und Nachtstunden. Aber wie kann das sein, wenn die Sonne vom Weltraum aus betrachtet doch immer die gleiche Farbe hat?
Grund für das beeindruckende Farbenspiel am Himmel ist die Erdatmosphäre. Diese besteht aus Stickstoff, Sauerstoff, Wassertröpfchen, Staubpartikeln und anderen Gasen. Diese verschiedenen Komponenten reagieren unterschiedlich auf Lichteinfall – das Ergebnis sieht man jeden Tag über sich.
Lichtstreuung entscheidet über Farben des Himmels
Licht ist nichts anderes als elektromagnetische Strahlung, die sich wellenförmig von ihrem Ursprung ausbreitet. Menschen können die meisten dieser Wellen überhaupt nicht sehen; nur der Bereich zwischen 400 Nanometern am blauvioletten Ende bis zu 780 Nanometern am roten Ende ist sichtbar. Die Wellen von rotem Licht sind allerdings länger als die von blauem Licht, wie es unter anderem bei „Welt der Physik“ heißt.
Die Sonne strahlt grundsätzlich weißes Licht ab, das allerdings von verschiedenen Stoffen verschiedenfarbig zurückgestrahlt wird. In der Erdatmosphäre trifft das Licht dann auf die eben beschriebene Mischung aus Komponenten, die es unterschiedlich zurückwerfen. Wichtige Forschung geht diesbezüglich auf den britischen Forscher Lord Rayleigh (John William Strutt) zurück.
Dieser beschäftigte sich im Jahr 1871 erstmals mit der Streuung von Licht an extrem kleinen Partikeln, wie sie in der Erdatmosphäre vorkommen, die kleiner sind als die Wellenlänge der Strahlung. Nach ihm ist auch die sogenannte Rayleigh-Streuung benannt, die erläutert, warum Sonnenlicht gelb erscheint. Das liegt wiederum daran, dass kurzwellige Strahlung aus direktem Sonnenlicht herausgestreut wird. Dadurch werden die kürzeren blauen Wellen reduziert und die längeren roten betont; für das menschliche Auge sieht das dann gelblich aus.
Darum leuchtet der Himmel auch mal bunt
Genau so kann man sich auch die verschiedenen Schattierungen des Himmels vorstellen. Entscheidend ist dabei, dass die Sonne im Laufe des Tages wandert und sich entsprechend aus einem immer neuen Winkel einen Weg durch die Erdatmosphäre und die darin enthaltenen Teilchen suchen muss. Dabei kommt es maßgeblich auf die Länge des Weges an.
Je länger dieser ist, desto mehr rote Strahlung kommt auf der Erde an, weil sich diese besser durch die Teilchen „hindurchschlängeln“ kann. Ist der Weg hingegen kürzer, wenn die Sonne beispielsweise mittags im Zenit steht, dann gibt es auch mehr blaue Wellen und der Himmel erscheint ohne Wolken blau.
In den besonders frühen Morgen- und Abendstunden haben die Sonnenstrahlen wiederum den weitesten Weg beziehungsweise müssen sie besonders viele Luftschichten durchdringen. Das Ergebnis sind intensive Rot-, Orange- und Gelbtöne am Himmel. Der blaue Farbanteil nimmt hingegen kontinuierlich ab.
Magisches Licht: Die Goldene und die Blaue Stunde erklärt
Dabei können auch ganz besondere Lichtverhältnisse wie die Goldene oder die Blaue Stunde entstehen. So herrscht während der Goldenen Stunde ein ganz besonderes gelbliches Licht, das sowohl in der Fotografie als auch im Film beliebt ist. So wurde beispielsweise „Days of Heaven“ (1978) nahezu komplett in diesem besonderen Licht gedreht, was die Dreharbeiten enorm in die Länge zog. Während eines kurzen Zeitfensters steht die Sonne dabei knapp über dem Horizont, sodass vor allem entsprechende Lichtstrahlen den Weg durch die Erdatmosphäre finden.
Bei der sogenannten Blauen Stunde handelt es sich wiederum um die Dämmerung vor dem Sonnenaufgang. Dadurch, dass die Sonne dann noch sehr weit hinter dem Horizont ist, überwiegt das blaue Farbspektrum, das in diesem Fall nicht über das Sonnenlicht, sondern über die spektrale Zusammensetzung des Himmels kommt. Um diese besondere Färbung zu erzeugen, nehmen die Sonnenstrahlen einen sehr weiten Weg und interagieren dann mit der Ozonschicht in der Stratosphäre.