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Lexikon der Geowissenschaften: Regenbogentheorie

Regenbogentheorie, umfassende Beschreibung der (physikalischen) Wechselwirkung zwischen elektromagnetischer Strahlung und kugelförmigen Materieteilchen in der Atmosphäre (im Falle der Regenbogenbildung sind das Wassertropfen) liefert die Mie-Theorie, die allerdings sehr unanschaulich ist. Jedoch genügen anschauliche Betrachtungen mit den Gesetzen der geometrischen Optik von Georg Airy von 1836, deren Grundzüge schon René Descartes 1637 erkannt hat, um die wesentlichen Eigenschaften der Regenbogen zu erklären. Das Licht von der Sonne (oder vom Mond) erleidet bei Eintritt in einen Wassertropfen Refraktion, dann einmalige Spiegelung (Reflexion), und bei Austritt nochmals Refraktion, wodurch der Hauptregenbogen mit 42º Abstand um den Gegenpunkt der Sonne entsteht ( Abb. 1). Erleidet das Licht von der Sonne im Inneren des Wassertropfens zweimalige Spiegelung, dann entsteht der Nebenregenbogen mit 51º Abstand um den Gegenpunkt der Sonne ( Abb. 2). Tatsächlich tritt jedoch nicht nur ein einzelner Lichtstrahl, sondern vielmehr treten viele Lichtstrahlen, die mit unterschiedlichem Einfallswinkel auf die Tropfenoberflächen fallen, gleichzeitig in den Wassertropfen ein, und sie treten gehäuft bei (180º-42º)=138º Ablenkungswinkel wieder aus ( Abb. 3). Die stärker abgelenkten Lichtstrahlen bewirken die Aufhellung des Gebietes innerhalb des Hauptregenbogens. Genauso häufen sich die Lichtstrahlen bei zweimaliger Spiegelung bei (180º-51º)=129º Ablenkungswinkel, und die weiteren Lichtstrahlen werden weniger abgelenkt und bewirken die Aufhellung des Gebietes außerhalb des Nebenregenbogens. Die Regenbogenfarben entstehen, weil der Brechungsindex des Wassers für die verschiedenen Wellenlängen des Lichtes ein wenig verschieden ist, wodurch die Brechungswinkel bei Eintritt und bei Austritt in den Wassertropfen verschieden sind, so daß das weiße Licht von der Sonne in seine Farben aufgespalten wird. Beim Hauptregenbogen ist der Ablenkungswinkel für rot 137º44' und für violett 139º16', also ist der Hauptregenbogen ca. 1,5º breit, und beim Nebenregenbogen ist der Ablenkungswinkel für rot 129º38' und für violett 126º36', also ist der Nebenregenbogen ca. 3º breit. Die Aufhellung der Gebiete innerhalb des Hauptregenbogens und außerhalb des Nebenregenbogens zeigt hellere und weniger helle Streifen, die Sekundärregenbogen, weil die aus den Wassertropfen austretenden Strahlen noch interferieren.


Regenbogentheorie 1: Reflexion der in einen Wassertropfen einfallenden Sonnenstrahlung mit 42º und Bildung des Hauptregenbogens. Regenbogentheorie 1:

Regenbogentheorie 2: zweimalige Spiegelung der in einen Wassertropfen einfallenden Sonnenstrahlung und Bildung des Nebenregenbogens mit 51º. Regenbogentheorie 2:

Regenbogentheorie 3: Einfallende Sonnenstrahlen mit unterschiedlichen Einfallswinkeln treten gehäuft bei 138º Ablenkungswinkel wieder aus. Regenbogentheorie 3:
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