Ein Regenbogen ist ein mehrfarbiger Bogen, der durch das Auftreffen von Licht auf Wassertröpfchen entsteht.
Der bekannteste Regenbogen entsteht, wenn das Sonnenlicht in einem bestimmten Winkel (42 Grad) auf Regentropfen vor einem Betrachter auftrifft. Regenbögen können auch bei Nebel, Gischt oder Wasserfällen beobachtet werden.
Ein Regenbogen ist eine optische Täuschung – er existiert nicht wirklich an einem bestimmten Ort am Himmel. Das Aussehen eines Regenbogens hängt davon ab, wo Sie stehen und wo die Sonne (oder eine andere Lichtquelle) scheint.
Die Sonne oder eine andere Lichtquelle befindet sich normalerweise hinter der Person, die den Regenbogen sieht. Das Zentrum eines primären Regenbogens ist der antisolare Punkt, also der imaginäre Punkt genau gegenüber der Sonne.
Regenbögen sind das Ergebnis der Brechung und Reflexion von Licht. Sowohl bei der Brechung als auch bei der Reflexion handelt es sich um Phänomene, bei denen sich die Richtung einer Welle ändert. Eine gebrochene Welle kann „gekrümmt“ erscheinen, während eine reflektierte Welle scheinbar von einer Oberfläche oder einer anderen Wellenfront „zurückprallt“.
Licht, das auf einen Wassertropfen trifft, wird gebrochen. Anschließend wird es von der Rückseite des Tropfens reflektiert. Wenn das reflektierte Licht das Tröpfchen verlässt, wird es erneut gebrochen, und zwar in mehreren Winkeln.
Der Radius eines Regenbogens wird durch den Brechungsindex des Wassertropfens bestimmt. Der Brechungsindex ist ein Maß dafür, wie stark ein Lichtstrahl beim Übergang von einem Medium in ein anderes gebrochen (gekrümmt) wird, z. B. von Luft in Wasser. Ein Tröpfchen mit einem hohen Brechungsindex trägt dazu bei, dass ein Regenbogen mit einem kleineren Radius entsteht. Salzwasser hat zum Beispiel einen höheren Brechungsindex als Süßwasser, so dass Regenbögen, die durch Gischt entstehen, kleiner sind als Regenbögen, die durch Regen entstehen.
Regenbögen sind eigentlich Vollkreise. Der antisolare Punkt ist der Mittelpunkt des Kreises. Betrachter in Flugzeugen können diese kreisförmigen Regenbögen manchmal sehen.
Betrachter am Boden können nur das Licht sehen, das von den Regentropfen über dem Horizont reflektiert wird. Da der Horizont eines jeden Menschen ein wenig anders ist, sieht niemand vom Boden aus einen vollständigen Regenbogen. Tatsächlich sieht niemand denselben Regenbogen – jeder Mensch hat einen anderen antisolaren Punkt, jeder Mensch hat einen anderen Horizont. Jemand, der für einen Betrachter unter oder nahe dem „Ende“ eines Regenbogens steht, sieht einen anderen Regenbogen, der sich von seinem eigenen Horizont aus erstreckt.
Farben
Ein Regenbogen zeigt sich als ein Lichtspektrum: ein Band bekannter Farben, das Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau und Violett umfasst. Der Name „Roy G. Biv“ ist eine einfache Möglichkeit, sich die Farben des Regenbogens und die Reihenfolge, in der sie erscheinen, zu merken: Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau, Indigo und Violett. (Viele Wissenschaftler sind jedoch der Meinung, dass „Indigo“ zu nahe an Blau liegt, um wirklich unterschieden werden zu können.)
Weißes Licht ist die Art und Weise, wie unsere Augen alle Farben des Regenbogens gemischt wahrnehmen. Sonnenlicht erscheint weiß.
Wenn Sonnenlicht auf einen Regentropfen trifft, wird ein Teil des Lichts reflektiert. Das elektromagnetische Spektrum besteht aus Licht mit vielen verschiedenen Wellenlängen, und jede wird in einem anderen Winkel reflektiert. So wird das Spektrum aufgeteilt und ein Regenbogen entsteht.
Rot hat die längste Wellenlänge des sichtbaren Lichts, etwa 650 Nanometer. Es erscheint normalerweise im äußeren Teil des Regenbogens. Violett hat die kürzeste Wellenlänge (etwa 400 Nanometer) und erscheint normalerweise im inneren Teil des Regenbogens.
An den Rändern überschneiden sich die Farben des Regenbogens. Dadurch entsteht ein Schimmer von „weißem“ Licht, wodurch das Innere des Regenbogens viel heller ist als das Äußere.
Das sichtbare Licht ist nur ein Teil des Regenbogens. Infrarotstrahlung befindet sich gleich hinter dem sichtbaren roten Licht, während Ultraviolett gleich hinter Violett ist. Außerdem gibt es Radiowellen (jenseits von Infrarot), Röntgenstrahlung (jenseits von Ultraviolett) und Gammastrahlung (jenseits von Röntgenstrahlung). Zur Untersuchung dieser unsichtbaren Teile des Regenbogens verwenden Wissenschaftler ein Instrument, das Spektrometer genannt wird.
Variationen des Regenbogens
Glühen
Die Atmosphäre, die einem Regenbogen gegenüberliegt und der Sonne zugewandt ist, leuchtet oft. Dieses Glühen tritt auf, wenn sich Regen oder Nieselregen zwischen dem Betrachter und der Sonne befindet.
Das Leuchten entsteht, wenn das Licht durch die Regentropfen hindurchgeht und nicht von ihnen reflektiert wird. Einige Wissenschaftler bezeichnen dieses Leuchten als Glühen nullter Ordnung.
Doppelter Regenbogen
Manchmal kann ein Betrachter einen „doppelten Regenbogen“ sehen. Bei diesem Phänomen erscheint ein schwacher, zweiter Regenbogen über dem ersten.
Der doppelte Regenbogen wird dadurch verursacht, dass das Licht innerhalb des Regentropfens zweimal reflektiert wird. Infolge dieser zweiten Reflexion kehrt sich das Spektrum des sekundären Regenbogens um: Rot befindet sich im inneren Teil des Bogens, während Violett außen liegt.