Grosse Frage
Warum ist der Himmel blau, aber der Weltraum schwarz?
Der Himmel wirkt blau, weil die Erdatmosphäre blaues Sonnenlicht viel stärker streut als andere Farben und es über den ganzen Himmel verteilt. Der Weltraum wirkt schwarz, weil dort fast keine Luft vorhanden ist, die Licht streuen könnte, sodass ausser Sternen und anderen Lichtquellen nichts aufleuchtet.
Blaues Licht wird über den Himmel gestreut
Sonnenlicht wirkt weiss, enthält aber tatsächlich alle Farben des Regenbogens, jede als Welle mit einer anderen Wellenlänge. Tritt Sonnenlicht in die Erdatmosphäre ein, trifft es auf winzige Stickstoff- und Sauerstoffmoleküle, und dieser Zusammenstoss lenkt einen Teil des Lichts in zufällige Richtungen ab, ein Effekt namens Streuung. Kürzere Wellenlängen, besonders Blau und Violett, werden an diesen kleinen Molekülen viel leichter gestreut als längere Wellenlängen wie Rot und Orange, ein Muster, das der Physiker Lord Rayleigh als Erster genau erklärte, weshalb man von Rayleigh-Streuung spricht. Unsere Augen sind empfindlicher für Blau als für Violett, weshalb das aus allen Richtungen des Himmels gestreute Licht als das vertraute Blau erscheint statt als Violett.
Keine Luft, keine Streuung
Der Weltraum ist fast ein vollständiges Vakuum, das heisst, dort gibt es kaum Gasmoleküle, besonders sobald man die dünne Erdatmosphäre hinter sich lässt. Ohne Moleküle, an denen Sonnenlicht abprallen könnte, gibt es nichts, das Licht wie in der Erdatmosphäre in zufällige Richtungen streut, sodass sich Sonnenlicht einfach geradlinig ausbreitet, sofern es nicht auf etwas Festes trifft, etwa einen Planeten, einen Mond oder ein Raumschiff. Genau deshalb sehen Astronautinnen und Astronauten, selbst bei hellem Sonnenlicht, ausserhalb der Atmosphäre einen völlig schwarzen Himmel um sich, mit nur Sonne, Mond, Planeten und Sternen als kleinen, scharfen Lichtpunkten in der Dunkelheit.
Warum Sonnenuntergänge rot und orange leuchten
Derselbe Streueffekt, der den Taghimmel blau macht, erklärt auch, warum Sonnenuntergänge und Sonnenaufgänge oft rot und orange leuchten. Steht die Sonne tief am Horizont, muss ihr Licht einen viel längeren, dickeren Abschnitt der Atmosphäre durchqueren, um deine Augen zu erreichen, als mittags, wenn die Sonne hoch am Himmel steht. Auf diesem längeren Weg wird fast alles blaue Licht in andere Richtungen weggestreut, bevor es dich direkt erreichen kann, sodass hauptsächlich die längeren Wellenlängen, Rot, Orange und Pink, geradewegs bis zu deinen Augen durchdringen. Deshalb kann der Himmel nach einem Vulkanausbruch oder an einem staubigen Tag besonders feurig aussehen, wenn zusätzliche winzige Teilchen in der Luft noch mehr Licht streuen.
Probier es selbst
Gib ein paar Tropfen Milch in ein Glas Wasser und leuchte in einem dunklen Zimmer von der Seite mit einer Taschenlampe hindurch. Das milchige Wasser sollte von der Seite leicht bläulich wirken, aber der Lichtstrahl erscheint eher orange oder rötlich, wenn du direkt hindurchschaust – genau wie Himmel- und Sonnenuntergangsfarben.
Fragen, die Kinder stellen
Warum wirkt der Himmel aus dem All schwarz statt blau?
Der Himmel wirkt aus dem All schwarz, weil dort fast keine Luft vorhanden ist, die Sonnenlicht streuen und wie in der Erdatmosphäre über den Himmel verteilen könnte. Ohne Luftmoleküle, an denen Licht abprallt, bleibt der Weltraum dunkel, ausser bei Sternen, Planeten und anderen direkten Lichtquellen.
Was ist Rayleigh-Streuung?
Rayleigh-Streuung ist der Effekt, bei dem winzige Gasmoleküle in der Atmosphäre kürzere Lichtwellenlängen wie Blau viel stärker streuen als längere wie Rot. Sie ist der Hauptgrund, warum der Taghimmel blau statt weiss oder farblos erscheint.
Warum ist der Himmel bei Sonnenuntergang orange oder rot?
Bei Sonnenuntergang legt das Sonnenlicht einen viel längeren Weg durch die Atmosphäre zurück, bevor es deine Augen erreicht, wodurch fast alles blaue Licht vorher weggestreut wird. Übrig bleibt hauptsächlich rotes, oranges und pinkes Licht, das dich direkt erreicht.