Eine der ewigen Fragen, die lange als unbeantwortbar galt, ist, was den Himmel blau erscheinen lässt. Die moderne Wissenschaft und das Verständnis von Lichtwellen haben eine Antwort geliefert, obwohl viele falsche Antworten immer noch beliebt sind. Was den Himmel blau erscheinen lässt, ist das Ergebnis elektromagnetischer Streuung, die das Licht der Sonne und die Partikel der Erdatmosphäre nutzt.
Um zu verstehen, warum der Himmel blau erscheint, müssen Sie verstehen, wie Lichtwellen funktionieren. Eine Lichtwelle ist ein schwingendes Energiefeld, das sich in Wellen ausbreitet. Der Abstand von einer Welle zur nächsten wird Wellenlänge genannt und bestimmt die Farbe des Lichts. Das Licht der Sonne enthält alle verschiedenen Farben; alle vermischen sich zu einem weißen Licht, das sich in einer geraden Linie ausbreitet, bis es auf irgendetwas stößt. Je nach Objekt, auf das es trifft, kann das Licht in unterschiedlich lange Lichtwellen zerlegt werden. Die kürzesten Lichtwellen entsprechen blauen und violetten Farben, die auch die am meisten enthaltene Energie und die höchste Frequenz aufweisen.
Wenn eine Lichtwelle auf ein Gasteilchen trifft, wie es die Atmosphäre um die Erde ausmacht, kann das Teilchen einen Teil der Energie der Welle absorbieren. Welche Energie das Teilchen auch immer absorbiert, es strahlt oder reflektiert es. Weil sie die höchste Frequenz haben, werden blaue Lichtwellen viel häufiger absorbiert als ihre langsameren, weniger energiegeladenen Begleiter.
Rayleigh-Streuung, ein Prozess, der nach dem englischen Wissenschaftler benannt ist, der sie entdeckt hat, beschreibt, warum der Himmel blau erscheint. Aufgrund der mikroskopischen Texturen in den Oberflächen der Partikel der Atmosphäre strahlt oder reflektiert das blaue absorbierte Licht nicht nur in eine Richtung, sondern schießt in alle möglichen Richtungen ab. Wenn Sie in den Himmel schauen, sehen Sie das gestreute Licht, das um die Atmosphäre prallt.
Rayleigh-Streuung beschreibt auch, warum der Himmel zum Horizont hin heller zu werden scheint. Da Sie viel weiter in den Himmel schauen, passieren die Lichtwellen mehr Luft, um zu Ihnen zu gelangen. Je weiter Sie wegschauen, desto weniger konzentriert wird die Streuung und es entstehen hellere Blautöne am Horizontrand.
Wenn Sie sich fragen, warum sich der Himmel bei Sonnenaufgang oder Sonnenuntergang rot und orange färbt, ist dies ebenfalls ein Streuprozess. Wenn sich die Sonne am Horizont befindet, muss sie viel mehr Atmosphäre passieren. Dabei sind die längeren Lichtwellen, die dünnere Schichten der Atmosphäre durchdringen, die einzigen Wellen, die durch die Streuung nicht vollständig gestreut werden. Die längeren Lichtwellen bilden orange und rote Farben, also das Licht, das bei Sonnenaufgang und Sonnenuntergang sichtbar wird.
Beliebte falsche Erklärungen deuten darauf hin, dass der Himmel blau ist, weil das Licht von den blauen Ozeanen reflektiert wird. Tatsächlich funktioniert es umgekehrt. Was den Ozean blau erscheinen lässt, ist dasselbe, was den Himmel blau erscheinen lässt. Der Ozean reflektiert die Farbe des Himmels. Wenn der Himmel blaues Licht gestreut wird, empfangen und streuen Partikel im Ozean hauptsächlich blaues Licht.