Regenbogen

Einen Regenbogen sieht man, wenn Sonnenlicht durch die zahlreichen kugelförmigen Regentropfen eines Regens bzw. eines Regenschauers gebrochen, total reflektiert und beim Austritt wieder gebrochen wird.

Der Beobachter eines Regenbogens hat dabei die Sonne im Rücken und den Regenschauer von vorn. Je höher die Sonne steht, desto niedriger erscheint der Regenbogen, und umgekehrt.

Wie entsteht ein Regenbogen

Bekanntermaßen setzt sich das weiße Licht der Sonne aus sehr vielen verschiedenen Frequenzen zusammen, von denen der Mensch einen Teil als Farben wahrnehmen kann. Beim Eintritt von weißem Licht von einem optisch dünneren Medium (hier: Luft) in ein optisch dichteres Medium (hier: Wasser) wird das Licht gebrochen. Dabei wird der violette Lichtanteil am stärksten und der rote am wenigsten gebrochen, also abgelenkt. Das führt dazu, dass das weiße Licht der Sonne in die für uns sichtbaren Spektralfarben rot, orange, gelb, grün, blau, indigo und violett zerlegt wird. Das rührt daher, dass der Brechungsindex (phys. Symbol: n) für die verschiedenen Frequenzen unterschiedlich ist. Man bezeichnet dieses Phänomen übrigens als "Dispersion". In einem Prisma beispielsweise wird die Lichtbrechung zur Erzeugung der Spektralfarben aus verschiedenen Gründen gezielt eingesetzt.

Sofern Sonnenlicht auf die einzelnen kugelförmigen Tropfen eines Regenschauers trifft, wird es beim Eintritt in den Regentropfen, wie in der folgenden Abbildung ersichtlich, gebrochen, an der Rückseite dann "total" reflektiert und beim Austritt aus den Tropfen wieder gebrochen. Das gesamte Farbenspektrum, das aus vielen einzelnen Regentropfen herrührt, führt dann zu der bekannten Lichterscheinung eines Regenbogens. Dabei ist der Winkel zwischen dem einfallenden und ausfallenden Licht des "Hauptbogens" zwischen 40° (violett) und 42° (rot). Sofern das Licht in dem Regentropfen zweimal reflektiert wird vergrößert sich dieser Winkel auf 52°. Steht die Sonne höher als 42° über dem Horizont, so ist ein Regenbogen nicht mehr sichtbar.
Die halb-kreisförmige Form des Regenbogens ist an sich Teil eine ganzen Kreises. Es entsteht in diesem Fall ein Kreis, wel der geometrische Ort aller Punkte in der Ebene des "Bildes" mit dem selben Reflexionswinkel (um 42°) und dem Beobachter auf der optischen Achse dieses "optischen Systems" ein Kreis ist!