Warum ist der Himmel blau?

Rocko Raketi schwebt kurz über dem Erdboden. Der Himmel sieht aus dieser Höhe blau aus.

Das weiße Licht der Sonne besteht aus ganz vielen Farben. Bei einem Regenbogen sieht man das besonders schön: Er zeigt das ganze Spektrum von blau bis rot. Mit einem Prisma kann man weißem Licht ebenfalls seine Farben entlocken. Das Blau aus dem Himmel ist in diesem Farbspektrum bereits enthalten. Aber warum ist der Himmel gerade blau und nicht rot oder grün? Und warum ist er überhaupt farbig: Müsste er nicht eigentlich rabenschwarz sein – genau wie die Nacht?

Die Farbe muss etwas mit der Luft zu tun haben - das hat ja bereits Rocko Raketi herausgefunden: Je höher er fliegt, desto weniger Luft ist in der Atmosphäre und desto schwärzer wird der Himmel. Die Luft auf der Erde besteht hauptsächlich aus zwei Gasen: Stickstoff und Sauerstoff. Jedes einzelne Stickstoffteilchen besteht aus zwei Stickstoffatomen und jedes Sauerstoffteilchen aus zwei Sauerstoffatomen. Dadurch sehen sie ein bisschen stabförmig aus und wirken auf die Lichtwellen der Sonne ähnlich wie Radioantennen auf Radiowellen.

Der WDR-Sender Langenberg

Radiowellen sind elektromagnetische Wellen, die im Metall der Antenne eine elektrische Spannung erzeugen. Das Radioprogramm wird dabei durch Verändern der Wellenhöhe (Amplitude) beziehungsweise der Wellenlänge übertragen. Das funktioniert aber auch umgekehrt: Durch Verändern der Spannung in einer Antenne, werden elektromagnetische Wellen erzeugt: So werden die Radioprogramme gesendet. Licht ähnelt in vielen Eigenschaften solch einer Radiowelle. Es ist ebenfalls eine elektromagnetische Welle, wobei die Wellenlänge allerdings wesentlich kürzer ist als beim Radio. Da die Wellenlänge so klein ist, sind auch die Antennen viel kleiner, die auf das Licht reagieren. Stickstoff- und Sauerstoffmoleküle haben die passende Größe, um als solche "Lichtantennen" zu funktionieren. Sie empfangen die Lichtwelle der Sonne wie eine Radioantenne und senden das Licht wieder aus - jedoch in eine andere Richtung. Physiker nennen das "Streuung"; genauer Rayleigh-Streuung.

Aber warum ist dann der Himmel blau und nicht einfach so hell, wie die Sonne? Rotes Licht unterscheidet sich von blauem Licht durch die Wellenlänge - und genau die spielt ja beim Empfang und beim Senden der Antenne die große Rolle! Rotes Licht hat eine Wellenlänge von etwa 650 Nanometern. Viel kürzer ist sie bei blauem Licht mit 450 Nanometern. Und diese 450 Nanometer passen nun besser auf die Antennengröße der Stickstoff- und Sauerstoffteilchen.