Sexl Physik 7, Schulbuch

Die Farbe des Himmels Trifft Licht auf die Erdatmosphäre, so wird es an den Teilchen der Atmosphäre (Sauerstoff- und Stickstoffmoleküle, Wassermoleküle, Aerosole, usw.) gestreut. Manche der Teilchen sind kleiner als die Wellenlänge des Lichts, manche sind gleich groß oder größer. Die Streumechanismen sind entsprechend verschieden. Je nach Teilchengröße und Wellenlänge werden verschiedene Teile des Spek- trums gestreut, fehlen also dem durchgehenden Licht. Betrachtet man die wich- tigsten Bestandteile der Luft und berechnet, welche Wellenlängen davon ge- streut werden, so lässt sich die Eindringtiefe berechnen (s. http://physikplus. oebv.at ). Für Violett beträgt sie 4 km , für Gelb 20 km und 65 km für Rot. Nimmt man nun eine Dicke der dichten Atmosphäre von ca. 8 km an, so wird bei steilem Sonnenstand Violett und Blau fast vollständig weggestreut, bei Sonnenauf- und -untergang (der Weg durch die Atmosphäre ist dann etwa 300 km lang) kommt nur Rot geschwächt durch. Die Hälfte des Streulichts wird wieder von der Erde in den Weltraum zurückgestrahlt. Von dort aus gesehen ist die Erde ein blau schimmernder Planet. Der andere Teil ist das, was wir als Himmelsblau sehen. Große Teilchen reflektieren die Strahlung an ihrer Oberfläche. Bei Teilchen, de- ren Größe im Bereich der Wellenlänge liegt, hängt das Streulicht nicht von der Frequenz ab und ist weiß. Die Farbe des Himmels entsteht durch Streuung des Sonnenlichts in der Atmosphäre. Blaues Licht wird von den Molekülen der Atmosphäre stärker gestreut als rotes Licht. Untersuche, überlege, forsche: Die Farbe des Himmels 69.1 W 1 Besäße die Erde keine Lufthülle, wie würde der Himmel aussehen? Wie sieht der „Himmel“ auf anderen Himmelskörpern (Mond, Mars, …) aus? Experiment: Streuung 69.1 E 2 Du brauchst : Experimentierleuchte, Glaswanne mit Wasser, Milch, Polarisa- tionsfilter Was ist zu tun? Fülle die Glaswanne und führe einen Lichtstrahl (Experimentierleuchte) quer durch die Flüssigkeit. Der Lichtstrahl soll auf eine Projektionsfläche auftreffen. Gib einen Tropfen Milch in das Wasser und beobachte, welche Farben auf der Projekti- onsfläche und bei seitlicher Betrachtung des Lichtstrahls entstehen. Überlege, wie die beobachteten Farben zu erklären sind. Betrachte das blaue Streulicht durch einen Polarisationsfilter. Betrachte nun das blaue Streulicht des Himmels durch ei- nen Polarisationsfilter. Drehe den Filter. Protokolliere deine Beobachtungen! Gestreutes Licht ist teilweise polarisiert. Das Streulicht des Himmels ist teilweise polarisiert. Das menschliche Auge kann dies ohne Hilfsmittel nicht registrieren. Jedoch gibt es Tiere, welche die Schwin- gungsrichtung des blauen Himmelslichts erkennen können und zur Orientierung heranziehen. Für die Biene hat dies der österreichische Nobelpreisträger K ARL VON F RISCH zweifelsfrei nachgewiesen. Auch Wespen, Hummeln, Ameisen, Fliegen, Wasserläufer, Krabben und Tintenfische können die Schwingungsrichtungen des Lichts wahrnehmen. Streuung von Licht: Fällt Licht auf ein Hinder- nis (z. B. ein Staubkörnchen), so sendet dieses Hindernis eine Streuwelle aus. Ist das Hinder- nis klein gegen die Wellenlänge, dann ist die Streuwelle kugelförmig (in der Wellenwanne kreisförmig). Die Intensität des gestreuten Lichts ist proportional zur vierten Potenz der Frequenz des einfallenden Lichts und nimmt mit dem Quadrat der Entfernung ab. Violettes Licht wird etwa 16mal stärker gestreut als ro- tes. Das seitlich gestreute Licht fehlt der durchgehenden Welle. Manche Hindernisse nehmen Wellenenergie auf, speichern sie kurz und geben die Energie dann wieder ab. Dies ist der Fall, wenn Licht an den Elektronenhüllen von Atomen gestreut wird. 69.1 Das Himmelsblau entsteht durch Streuung des Lichts in der Atmosphäre. Rotes wird weniger stark gestreut als blaues Licht. Daher erscheint die untergehende Sonne in rotem Licht. 69.2 In der Nähe des Horizonts hellt sich das Himmelsblau auf, während der Farbton mit zunehmender Höhe satter wird. Die stärkere Streuung von blauem Licht gilt nur für streuen- de Teilchen, die klein gegenüber der Licht- wellenlänge sind. In bodennahen Schichten gibt es auch größere Partikel (Aerosole): Staub- teilchen, Rauch, Tröpfchen usw. Die Streuung an diesen Teilchen ist nahezu unabhängig von der Wellenlänge. Das Licht bleibt weiß. 69.3 Die Landschaft mit (oben) und ohne (unten) Polarisationsfilter fotografiert. 69 | ELEKTROMAGNETISCHE WELLEN Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv