Wie breit ist ein Regenbogen?

Wissenschaft Physik
#1

Dank unglücklicher Umstände konnte ich gestern einen Doppelregenbogen sehen. Ich bilde mir ein, weiter aussen sogar noch einen dritten Bogen gesehen zu haben, aber das mag Selbsttäuschung gewesen sein, jedenfalls habe ich davon kein Foto gemacht.

Auf den gemachten Fotos (s.u.) ist zwischen den beiden deutlich sichtbaren Bögen ebenfalls sehr deutlich ein dunkles Band zu erkennen. Links vom inneren bzw. rechts vom äußeren Bogen ist der Himmel deutlich heller.
http://schorsch.de/rb/rb1.jpg
http://schorsch.de/rb/rb2.jpg
http://schorsch.de/rb/rb3.jpg

Wie ich dank Wikipedia mittlerweile weiss, wurde dieser dunkle Streifen von Alexander von Aphrodisias bereits vor etlichen zigtausend Jahren entdeckt und ist daher nach ihm benannt.

Was mich irritiert: Ich habe den Streifen gestern nicht gesehen. Auch, wenn’s bislang mein schönster war, so doch bei weitem nicht mein erster doppelter Regenbogen (den habe ich in einer Folge der Detektivserie ‚Mionk‘ gesehen, und der war gefälscht). Aber bei noch keinem doppelten Bogen ist mir je der dunkle Streifen aufgefallen.

Daher meine Frage: Gibt es Effekte, z. B. Lichtpolarisation, die dafür sorgen, dass Alexanders Streifen auf dem Foto einer Digitalkamera deutlicher zu erkennen ist, als in Natura? Oder ist in Natura der theatralische Effekt (der auf den Fotos nicht annähernd wiedergegeben ist, z. B. stehe ich während der Aufnahmen in strömenden Regen und die von der Sonne bestrahlten Gebäude werden begossen wie die Pudel) so überwältigend, dass alleine meine mangelnde Beobachtungsgabe mich diesen Streifen nicht hat sehen lassen?

Gruß

#2

Versuch einer Erklärung
Hallo!

Ich habe mich jetzt nicht näher damit beschäftigt, aber eine Erklärung für diesen Streifen könnte in folgende Richtung gehen:

Schau dir den Farbverlauf an. Von innen nach aussen wechselt der Verlauf von violett über blau, grün, gelb nach rot. Danach kommt der dunkle Streifen, und dann der äußere Bogen, der von rot zu gelb, grün, blau und schließlich violett wechselt. Das dürfte mit der Lichtbrechung zusammenhängen und das gesamte Gebilde sind keine zwei Regenbögen, sondern ein großer. Der dunkle Streifen in der Mitte dürfte hierbei ein Bereich sein, in dem der Farbverlauf gerade den infraroten Spektralbereich durchläuft, welcher vom menschlichen Auge nicht wahrgenommen wird. Die Wellenlänge des Lichts nimmt von den Rändern des Bogens zu, erreicht in der Mitte ihr maximum und nimmt dann wieder ab.

Das würde auch erklären, weshalb dieser Effekt auf Bildern stärker zur Geltung kommt. Die Sensoren normaler Kameras haben einen gewissen Wellenlängenbereich. Dieser ist relativ hart begrenzt und es kann dabei durchaus vorkommen, dass das menschliche Auge noch Licht wahrnimmt (das ist von Mensch zu Mensch unterschiedlich), wo die Kamera dies nicht tut. Ebenso könnte hier natürlich auch das jeweilige Bildkompressionsverfahren einen Teil dazu beitragen.

So, ich hoffe, ich konnte helfen und bin mit diesem Erklärungsversuch nicht komplett auf dem Holzweg. Es klingt, für mich, zumindest einigermaßen plausibel.

MfG,
TheSedated

#3

Ich denke Du bist mit der Erklärung auf dem Holzweg.
Erstmal: Der Doppelte Regenbogen ist zwar wirklich nur einer, kommt aber anders zustande. Er ist gewissermaßen eine „Spiegelung“ des inneren Kleinen Regenbogens. Wenn Licht in den Tropfen gebrochen wird, wird der Großteil des Lichtes in einem Winkel von ca 42° gebrochen (je nach Wellenlänge etwas mehr bzw weniger). Das Führt zum Regenbogen, daher ist der Regenbogen auch immer auf der Linie die von der Geraden Linie Sonne-Auge in einem Winkel von 42° abweicht.
Ein kleinerer Teil des Lichtes wird in einem anderen Winkel gebrochen, geht ein Stück vom ersten Regenbogen weg, wird dort in den anderen Tropfen nochmal gebrochen, und erreicht dann das Auge. Diese doppelte Brechung führt zum zweiten Regenbogen, der deswegen auch generell schwächer ausfällt, und dessen Farben deswegen auch immer in umgekehrter Reihenfolge zu sehen sind.
Die übrigen Wellenlängen des Lichtes werden nicht (nicht alle) zum Regenbogen aufgefächert. In Teilen mag das noch für den nahen Infrarotbereich oder UV-Licht zutreffen, aber spätestens wenn es in den Radiobereich geht oder in den Bereich der Röntgenstrahlung, wird definitiv nichts mehr so gebrochen wie beim sichtbaren Licht.
Daß der Dunklere Bereich also der Bereich ist, in dem die übrigen Wellenlängen gebrochen werden, fällt als Erklärung aus.
Auch der Erklärungsversuch, daß Digitalkameras einen evtl schmaleren Bereich haben, in dem sie Empfindlich sind, passt nicht dazu. Die CCD-Sensoren in Digitalkameras haben sogar einen deutlich breiteren Bereich, und können daher Wellenlängen aufnehmen, die das Menschliche Auge nicht sieht. Der empfindlichste Bereich ist der Bereich im Infrarotlicht, eine Digitalkamera kann also Infrarotlich sogar besser „sehen“ als ein Mensch. Und besser als sichtbares Licht. Damit die Fotos nicht total seltsam aussehen wird deswegen übrigens ein Filter (eine spezielle IR-dichte Lackschicht) auf den Lichtsensor aufgebracht, sonst hättest Du keine brauchbaren Bilder. Dennoch kann eine Digitalkamera IR-Licht noch aufnehmen, wie man feststellen kann, wenn man mit einer TV-Fernbedienung auf die Optik einer Digicam zielt. Vorallem billige Kameras sehen das IR-Licht der Fernbedienung sehr deutlich.
Daher fällt die Erklärung der Wellenlängen, die für die Kamera nicht sichtbar sind aus.
Die Erklärung daß man den Streifen auf Fotos deutlicher abgedunkelt sieht, dürfte ganz banal in der Menschlichen wahrnehmung liegen. Das Auge des Menschen ist ein miserabler Sensor für Helligkeit. Die Sinneszellen im Auge können ihre Empfindlichkeit in einem recht weiten Bereich regeln (ähnlich der ISO-Einstellung bei der Kamera) und zusätzlich liegt davor noch eine „Automatisch“ arbeitende Blende. Dazu kommt noch das Gehirn, daß die vom Auge gelieferten Daten, den eigenen Vorstellungen anpasst. Und da normalerweise der Himmel überall gleich hell ist, sehen wir das auch so, selbst dann wenn es wie in diesem Fall in Wirklichkeit nicht so ist.

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#4

Hallo,

a) es gibt keinen dritten regenbogen oberhalb des zweiten, den hast du ganz sicher deswegen nicht gesehen.
b) "Ein kleinerer Teil des Lichtes wird in einem anderen Winkel gebrochen, geht ein Stück vom ersten Regenbogen weg, wird dort in den anderen Tropfen nochmal gebrochen, und erreicht dann das Auge. " Das ist vielleicht nur unglücklich formuliert – aber es ist nicht der Regenbogen, also das Licht, dass Tropfen 1 sagen wir eher rötlich verlassen hat, das durch einen Tropfen 2 geht und versetzt wird. Das würde ja bedeuten, dass es einen zweiten Regenbogen nur gibt, falls es mindestens zwei Tropfen gibt. Man kann aber alle (mit immer gerinegerer Intensität kann man im Labor bis zu ~15-20 Regenbögen sehen) schon an Tropfen sehen. Für mehrfache Regenbögen sind nicht „einfache“ Reflexionen in mehreren Tropfen, sondern mehrere Reflexionen in einem Tropfen verantwortlich. Anders käme man ja auch geometrsich vollends in des Teufels Küche.

Übrigens ist es auch nicht dunkler im Dunklen Band. Es ist heller außerhalb (das steht hoffentlich auch bei wiki). Es ist nämlcih so, dass man einen Kegel an Licht zurückgeschickt bekommt (fast so wie mit Autoscheinwerfer nachts auf Straßenschilder zu leuchten). Und dieser Kegel hat am Rand einen bunten Streifen, den man Regenbogen nennt und innen ist er einfach nur hell, weil sich alle Farben überlagert haben. Der Öffnungsiwnkel dieses Kegels ist ungefähr 40-45 Grad. (Rechnerisch geistert zwar 42° herum, aber es spielen noch andere Effekte eine Rolle, die dafür sorgen, dass das bunte Band breiter ist, als die Differenz der Winkel, die man für die Wellenlängen blau und rot erhält – etwa die endliche Ausdehnung der Sonne) Der zweite Regenbogen hat auch solch einen Kegel, nur mit Öffnungswinkel ~130 Grad. Das heißt er ist umgestülpt und das weiße Licht scheint dann außerhalb des zweiten Bogens zu sein. (Deswegen auch die Farbumkehr.) Das heißt die Farbe des Himmels im „Dunkeln Band“ ist die wahre Farbe des Himmels, drum rum ist es aufgehellt. Das heißt je stärker die Sonne scheint und je dichter und größer die Regenwand, umso stärker der Kontrast.

Warum das auf dem Foto anders erscheint – wie definierst du Foto? Das Foto schaust du dir doch auf einem Bildschirm an – und sobald du das tust sind die Farben eh anders, weil jeder Bildschirm sie anders widergibt und allemal anders, als man sie gesehen hat.

w.bars

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#5

Hallo,

hier noch eine schöne Visualisierung, wie der Haupt- und der Nebenregenbogen zustande kommen:

http://wiki.pingry.org/u/physics/index.php/Rainbows,…

Ansonsten kann ich mich meinem Vorredner nur anschließend.

Schöne Grüße,

dacem