Wie entsteht ein Regenbogen?

 

Kommt nach einem Regenschauer die Sonne zum Vorschein, bildet sich am Himmel oft ein Regenbogen. Erklären lässt sich dieses farbenfrohe Lichtspiel mit den Grundlagen der Optik:

Auf den ersten Blick erscheint das Licht der Sonne meist weiß. Tatsächlich setzt es sich aber aus einem breiten Spektrum an Wellenlängen zusammen. Sichtbar wird das in einem Regenbogen, in dem sich das Sonnenlicht in seine unterschiedlichen Farbanteile – von rot bis hin zu blau – auffächert. Verantwortlich für dieses Phänomen ist ein Effekt, den man Brechung nennt. Erreicht Sonnenlicht einen Wassertropfen in der Luft, so wird es bei Eintritt wie Austritt gebrochen, kurzwelliges (blaues) stärker als langwelliges (rotes) Licht. Strahlen der Sonne werden somit beim Gang durch den Tropfen je nach Wellenlänge des Lichts verschieden stark abgelenkt.

 

Warum schillern Schmetterlingsflügel?

 

Die Flügel des Schmetterlings sind mit zahlreichen kleinen Schuppen bedeckt. Jede Schuppe besteht aus vielen dünnen Schichten mit regelmäßigen kleinen Rippen. Durch diese Mikrostruktur wird das Licht in seine Farben aufgeteilt, und man erhält je nach Blickwinkel einen anderen Farbeindruck.

 

Wie erzeugt man schillernde Reflexe?

Man kann Mikrostrukturen wie sie in der Natur vorkommen auch künstlich erzeugen. Eine Rippenstruktur erhält man, wenn man an einer Oberfläche etwas Material in Form von vielen kleinen parallelen Furchen abträgt. Dies macht man vorzugsweise mit einem Laser. Durch die hohe Energiedichte verdampft etwas Material jeweils genau in dem bestrahlten Bereich. Bei Glas ist das besonders schwierig, aber auch dafür gibt es spezielle Laser.

 

Wie klein ist eine Mikrostruktur?

Die Lichtausbreitung kann man als Welle verstehen. Jede Farbe hat eine andere Wellenlänge. Grünes Licht hat beispielsweise eine Wellenlänge von 0,5 Mikrometer = 0,5 tausendstel Millimeter. Um wirksame Farbeffekte zu erzeugen, muss die Mikrostruktur Rippenabstände haben, die nicht allzu viel größer als die Wellenlänge sind, also bis zu etwa 5 Mikrometer. Ein Haar hat dagegen einen Durchmesser von bis zu 100 µm.

 

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