Der Regenbogen

Jeder hat sich schon einmal an einem Regenbogen erfreut!
Aber erstaunlich wenig haben sich Gedanken gemacht, was sie eigentlich dabei sehen.
Obwohl schon die Alten Griechen bemerkten, dass zum Regenbogen Regen und Sonne gehören, hat erst Rene Descartes den Regenbogen als optische Erscheinung richtig erklärt. Anhand des folgenden, wundervollen Regenbogenfotos von Ottohall will ich einige Aspekte erläutern.

Regenbogen bei Tübingen, links der Sekundärbogen mit Rot endend, dann eine dunkle Zone, danach der Hauptbogen mit Rot beginnend und nach dem blauen Bogen eine hellere innere Zone.

Die Situation vereinfacht dargestellt:

Von der Sonne kommen parallele Lichtstrahlen, die von den Regentropfen auf unterschiedlichen Wegen über Reflexion und Brechung zum Beobachter gelangen. (Bildquelle: Wikipedia)

Für die Erklärung beginne ich in der Mitte des Regenbogens (Im Bild rechts). Licht von der Sonne trifft auf den Wassertropfen und wird in der Mitte der Tropfenrückseite reflektiert und gelangt direkt zum Beobachte. Etwas weiter vom Mittelpunkt tritt das Licht etwas links von der Mitte in den Tropfen, wird von der Hinterseite reflektiert und zum Beobachter zurückgeworfen.

Farben

Im Bereich der Farben, beim Primären Regenbogen, kommt das Licht in streifendem Einfall auf den Tropfen, wird deutlich abgelenkt und zum Beobachter geworfen. Dabei hängt dieser Grenzwinkel etwas von der Farbe ab, so dass es zum Aufbau eines Spektrums kommt. Mathematisch ist das eine Nullstelle in der Ableitung, aber so genau will ich das nicht erläutern.
Jetzt kommt eine Zone, wo es keinen Strahlengang im Tropfen gibt, der beim Beobachter endet, daher die dunkle Zone. Noch weiter Außen gibt es einen weiteren Regenbogen, den man bei guten Lichtverhältnissen sieht, dabei tritt das Licht rechts streifend in den Tropfen und nach Reflexion an den Beobachter zurückgeworfen. Noch weiter Außen und auch Innerhalb des Hauptbogens kann es noch weiter Bögen geben, die auf komplexe Beugungsprozesse beruhen.
Letztendlich ist der Regenbogen ein sehr kompliziertes Naturphänomen, das zur Erklärung die gesamten Kenntnisse der modernen Optik benötigt. Und zugleich ist er ein wundervolles Symbol für Sonne, Wind Regen die unsere Energie und Lebensmittelversorgung zentral bestimmen.