Warum ist der Himmel blau?

Der Himmel ist an einem sonnigen Tag blau, bei Sonnenaufgang und Sonnenuntergang jedoch rot oder orange. Die unterschiedlichen Farben entstehen durch Lichtstreuung in der Erdatmosphäre. Hier ist ein einfaches Experiment, mit dem Sie sehen können, wie dies funktioniert:

Blauer Himmel - rote Sonnenuntergang-Materialien

Für dieses Wetterprojekt benötigen Sie nur ein paar einfache Materialien:

• Wasser
• Milch
• Transparenter Behälter mit flachen, parallelen Seiten
• Taschenlampe oder Handylicht

Ein kleines rechteckiges Aquarium eignet sich gut für dieses Experiment. Versuchen Sie es mit einem 2-1 / 2-Gallonen- oder 5-Gallonen-Tank. Jeder andere quadratische oder rechteckige Behälter aus klarem Glas oder Kunststoff funktioniert.

Führen Sie das Experiment durch

1. Füllen Sie den Behälter mit ca. 3/4 Wasser. Schalten Sie die Taschenlampe ein und halten Sie sie flach gegen die Seite des Behälters. Sie werden wahrscheinlich den Strahl der Taschenlampe nicht sehen können, obwohl Sie möglicherweise helle Funkeln sehen, wenn das Licht auf Staub, Luftblasen oder andere kleine Partikel im Wasser trifft. Dies ähnelt in etwa der Art, wie sich Sonnenlicht durch den Weltraum bewegt.
2. Fügen Sie ungefähr 1/4 Tasse Milch hinzu (für einen 2-1 / 2-Gallonen-Behälter erhöhen Sie die Milchmenge für einen größeren Behälter). Rühren Sie die Milch in den Behälter, um sie mit Wasser zu mischen. Wenn Sie nun die Taschenlampe gegen die Seite des Tanks richten, können Sie den Lichtstrahl im Wasser sehen. Partikel aus der Milch streuen das Licht. Untersuche den Behälter von allen Seiten. Wenn Sie den Behälter von der Seite betrachten, sehen Sie, dass der Lichtstrahl der Taschenlampe leicht blau und das Ende der Taschenlampe leicht gelb ist.
3. Rühre mehr Milch ins Wasser. Wenn Sie die Anzahl der Partikel im Wasser erhöhen, wird das Licht der Taschenlampe stärker gestreut. Der Strahl erscheint noch blauer, während der von der Taschenlampe am weitesten entfernte Strahlengang von gelb nach orange wechselt. Wenn Sie von der anderen Seite des Panzers in die Taschenlampe schauen, sieht es so aus, als wäre sie eher orange oder rot als weiß. Der Strahl scheint sich auch auszubreiten, wenn er den Behälter kreuzt. Das blaue Ende, an dem einige Partikel Licht streuen, gleicht dem Himmel an einem klaren Tag. Das orangefarbene Ende ist wie der Himmel bei Sonnenaufgang oder Sonnenuntergang.

Wie es funktioniert

Das Licht bewegt sich geradlinig, bis es auf Partikel trifft, die es ablenken oder streuen. In reiner Luft oder in reinem Wasser kann man keinen Lichtstrahl sehen und dieser bewegt sich auf einem geraden Weg. Wenn sich in der Luft oder im Wasser Partikel wie Staub, Asche, Eis oder Wassertropfen befinden, wird das Licht an den Rändern der Partikel gestreut.

Milch ist ein Kolloid, das winzige Fett- und Eiweißpartikel enthält. Mit Wasser vermischt streuen die Partikel das Licht stark, während Staub Licht in die Atmosphäre streut. Licht wird je nach Farbe oder Wellenlänge unterschiedlich gestreut. Blaues Licht wird am stärksten gestreut, während oranges und rotes Licht am wenigsten gestreut wird. Den Tageshimmel zu betrachten ist wie einen Taschenlampenstrahl von der Seite zu betrachten - man sieht das gestreute blaue Licht. Sonnenaufgang oder Sonnenuntergang zu betrachten ist wie direkt in den Strahl der Taschenlampe zu schauen - Sie sehen das Licht, das nicht gestreut wird, das orange und rot ist.

Was unterscheidet Sonnenaufgang und Sonnenuntergang vom Tageshimmel? Es ist die Menge an Atmosphäre, die das Sonnenlicht durchqueren muss, bevor es Ihre Augen erreicht. Wenn Sie sich die Atmosphäre als eine Erdbeschichtung vorstellen, durchdringt das Sonnenlicht mittags den dünnsten Teil der Beschichtung (der die geringste Anzahl von Partikeln aufweist). Sonnenlicht bei Sonnenaufgang und Sonnenuntergang muss einen seitlichen Weg zum selben Punkt nehmen, durch viel mehr "Beschichtung", was bedeutet, dass es viel mehr Partikel gibt, die Licht streuen können.

Während in der Erdatmosphäre mehrere Arten von Streuung auftreten, ist die Rayleigh-Streuung in erster Linie für das Blau des Tageshimmels und den rötlichen Farbton der auf- und untergehenden Sonne verantwortlich. Der Tyndall-Effekt kommt ebenfalls ins Spiel, ist jedoch nicht die Ursache für die Farbe des blauen Himmels, da Moleküle in der Luft kleiner sind als die Wellenlängen des sichtbaren Lichts.

Quellen

• Smith, Glenn S. (2005). "Menschliches Farbsehen und die ungesättigte blaue Farbe des Tageshimmels". Amerikanisches Journal der Physik. 73 (7): 590 & ndash; 97. doi: 10.1119 / 1.1858479
• Young, Andrew T. (1981). "Rayleigh-Streuung". Angewandte Optik. 20 (4): 533 & ndash; 5. doi: 10.1364 / AO.20.000533