Sonderformen, Einfluss der Tröpfchengröße und Interferenzeffekte

Sonderformen, Einfluss der Tröpfchengröße und Interferenzeffekte

 

Unter bestimmten Bedingungen sind innerhalb des Hauptbogens ein oder mehrere zusätzliche oder überzählige farbige Bögen erkennbar, siehe linkes Bild, die mit stetig abnehmendem Kontrast die Farbreihenfolge des Hauptbogens zu wiederholen scheinen. Diese zusätzlichen Farbbänder erklärte zuerst Thomas Young 1803 mit der Wellennatur des Lichts: Für Beobachtungswinkel kleiner als der Maximalwinkel gibt es für einen Strahl einer bestimmten Farbe verschiedene, unterschiedlich lange Strahlengänge durch den Tropfen, die sich im Auge des Betrachters überlagern. Beträgt der von der Tröpfchengröße abhängige Gangunterschied entlang dieser Wege die Hälfte der Wellenlänge, oder ein ungeradzahliges Vielfaches davon, so ist die Interferenz zwischen ihnen destruktiv und ihre Amplituden löschen sich gegenseitig aus. Dazwischen liegen jedoch Winkel, bei denen Gangunterschiede auftreten, die dem ganzzahligen Vielfachen der Wellenlänge entsprechen: Hier kommt es zur konstruktiven Interferenz und dadurch zu einem Nebenmaximum der Intensität (siehe Bild rechts).

 

Erst George Biddell Airy lieferte 1837 ein mathematisches Modell zur Darstellung der überzähligen Bögen. Im Gegensatz zur Young hängt die von Airy berechnete Verteilung von der Tropfengröße ab, und ist auch nur bei einer bestimmten Tropfengröße besonders gut sichtbar. Die Abfolge der Regenbogenfarben wiederholen sich in den überzähligen Bögen nur scheinbar, durch die zusätzliche Überlagerung der Nebenmaxima der verschiedenen Farben mit unterschiedlicher Periodenlänge, sind in der Regel nur ein Teil der Farben des Hauptbogens sichtbar.

 

Die Reinheit der Farben kann sehr unterschiedlich ausfallen, auch sind häufig die Enden des Bogens besonders hell. Diese Effekte werden ebenfalls durch Interferenz verursacht, die sowohl von der Tröpfchengröße als auch von Abweichungen von der Kugelform abhängt. Generell lässt sich feststellen, dass große Tropfen mit Durchmessern von mehreren Millimetern besonders helle Regenbögen mit wohl definierten Farben erzeugen. Bei einer Tröpfchengröße unter 1,5 mm wird zunächst die Rotfärbung immer schwächer. Sehr kleine Tropfen, wie beispielsweise in Nebelschwaden, wo der Durchmesser oft nur etwa ein Hundertstel Millimeter beträgt, liefern nur noch verschmierte Farben. Bei Tröpfchengrößen unter 50 Mikrometern überlagern sich die Farben derart, dass der Regenbogen nur noch weiß erscheint. Diese spezielle Form wird als Nebelbogen bezeichnet.

 

Eine besondere Form eines Regenbogens bilden die Taubögen, die viel schwerer und seltener zu beobachten sind als ein gewöhnlicher Regenbogen.

 

 

Mondregenbogen heißt ein Regenbogen bei Nacht, der das Mondlicht als Grundlage hat. Er ist ebenfalls wesentlich seltener als ein gewöhnlicher Regenbogen und erscheint dem Beobachter aufgrund seiner Lichtschwäche weiß, weil das menschliche Auge beim Nachtsehen keine Farben wahrnimmt. Bei klarer Luft und ausgeprägtem Vollmond oder auf fotografischen Aufnahmen kann man aber auch hier die Spektralfarben beobachten.

 

Besondere Erscheinungsformen bilden die sehr seltenen Gespaltenen Regenbögen und Spiegelbögen. Wenn das Sonnenlicht an einer Wasserfläche gespiegelt wird, bevor es auf die Regentropfen trifft, kann ein zweiter Bogen entstehen, der am Horizont mit dem Hauptbogen zusammentrifft, weiter oben aber wie ein zweiter, den Hauptbogen kreuzender Bogen erscheint. Darüber hinaus gibt es Beobachtungen von seitlich versetzten, sich überschneidenden Regenbögen, deren Entstehung bislang unklar ist.

 

Der seltene Eisbogen entsteht in kalten Gegenden, wo er von Eispartikeln statt Wasser gebildet wird.

 

Scheinbare Entfernung des Regenbogens

 

Der Regenbogen wird von beiden Augen des Beobachters stets unter demselben Beobachtungswinkel (dem Regenbogenwinkel) gesehen. Vom stereoskopischen (räumlichen) Sehen wird er deshalb als ein Objekt in unendlicher Entfernung interpretiert. Diese Täuschung wirkt insbesondere dann irritierend, wenn sich „hinter" einem „nahen" Regenbogen (beispielsweise im Sprühnebel eines Gartenschlauches) noch Objekte im Gesichtsfeld befinden, deren Entfernung aufgrund des stereoskopischen Sehens als kleiner als unendlich eingeschätzt werden können. Ebenso irritierend wirkt die Tatsache, dass sich der Regenbogen mit dem Beobachter mitbewegt: man kann deshalb bekanntlich nie zum Ende des Regenbogens gelangen. (Quelle: Wikipedia)