Physik - Kaleidoskop

Regenbogen 379
Der optische Effekt der Beugung des Sonnenlichts verursacht oft ähnlich dem Regenbogen farbige Lichtkränze und
Farbverläufe in der Atmosphäre, ist aber von der Ursache des Regenbogens zu unterscheiden.
• Glorien treten meist nur auf, wenn man von oben auf eine Wolke blickt. Sie sind vergleichsweise klein und
kreisförmig und sollten nicht mit einem viel größeren geschlossenen Regenbogen verwechselt werden.
• Irisierende Wolken besitzen zwar mitunter die Farbgebung eines Regenbogens, jedoch keinen Bogen.
Chronologie der physikalischen Erklärung
Der Regenbogen beflügelt nicht nur die Fantasie des Menschen, verschiedene Erklärungsversuche haben auch den
Erkenntnisprozess in der Physik und dort speziell in der Optik wesentlich vorangetrieben.
Die oben angeführte physikalische Erklärung des Regenbogens, beruht
in ihrem grundlegenden strahlenoptischen Teil auf 1637 veröffentlichte
Arbeiten von René Descartes. Sie sind unter der Überschrift DE
L'ARC-EN-CIEL im Anhang Les Météores seiner philosophischen
Schrift Discours de la méthode beschrieben. [10] [11] Er griff darin die
bereits um 1300 von Dietrich von Freiberg in seinem Werk De iride et
de radialibus impressionibus entwickelte Idee auf, wonach ein
Regenbogen durch die Brechung und Reflexion von Sonnenstrahlen
innerhalb einzelner Tröpfchen erklärt werden kann. Seine "mysteriöse"
Erklärung der Regenbogenfarben war unzutreffend. Er wendete das
kurz vorher von Willebrord Snell entdeckte Brechungsgesetz an, ohne
die Dispersion (die wellenlängen-abhängige Brechung des Lichts) zu
kennen.
Zeichnung von Descartes zur Erklärung der
Regenbogenentstehung
Aus dem Jahre 1700 stammt eine den Regenbogen betreffende Arbeit von Edmond Halley, [12] und 1704 brachte
Isaac Newtons Theorie des Lichtes die Dispersion ins Spiel und machte so die Farbenpracht verständlich. [13]
War es zu Newtons Zeiten noch Thema kontroverser Diskussionen, ob Licht nun korpuskularen oder wellenartigen
Charakter besitze, so war auch hier der Regenbogen ein wichtiger Ideengeber. Das Rätsel der überzähligen Bögen
veranlasste 1801 Thomas Young zur Durchführung seines berühmten Doppelspaltexperimentes. Er wies damit die
Wellennatur des Lichtes nach und konnte im Gegenzug 1804 das Rätsel durch die Betrachtung von
[14] [15]
Interferenzerscheinungen lösen.
Youngs Theorie wurde 1849 von George Biddell Airy weiter verfeinert. Er erklärte die Abhängigkeit des exakten
Farbverlaufs von der Tröpfchengröße. Die eigens entwickelten mathematischen Verfahren spielen im Rahmen der
WKB-Näherung noch heute eine wichtige Rolle für die moderne Quantenmechanik. [13]
Moderne physikalische Beschreibungen des Regenbogens und ähnlich gearteter Probleme basieren im Wesentlichen
auf der von Gustav Mie 1908 entwickelten und als Mie-Streuung nach ihm benannten Theorie. [16]
Anwendung in der optischen Messtechnik
Der Regenbogenwinkel hängt – wie oben beschrieben – bei kugeligen Flüssigkeitströpfchen nicht von der
Tropfengröße ab, sondern lediglich von der Brechzahl. Diese wiederum ist bei einer bestimmten Wellenlänge eine
temperaturabhängige Materialkonstante der tropfenbildenden Flüssigkeit. Deshalb kann durch Messung des
Regenbogenwinkels, unter dem monochromatische Laserstrahlung von einem Nebel reflektiert wird, die
Temperaturverteilung innerhalb des Nebels berührungslos bestimmt werden, falls – wie in technischen Anlagen
meist der Fall – bekannt ist, welche Flüssigkeit den Nebel bildet.