Wie entsteht ein Regenbogen? Licht, Regentropfen und das Geheimnis der 42 Grad

Kurz nach einem Schauer bricht die Sonne durch die Wolken, und am Himmel erscheint ein farbiger Bogen. Regenbögen haben die Menschheit zu Mythen und Legenden inspiriert – und die Physik dahinter ist mindestens genauso beeindruckend.

Drei Zutaten für einen Regenbogen

Damit du einen Regenbogen siehst, muss dreierlei zusammenkommen:

1. Sonnenlicht: Die Sonne muss scheinen, am besten tief am Himmel.
2. Wassertropfen: Vor dir in der Luft braucht es Regen, Nebel, Gischt eines Wasserfalls oder den Sprühnebel eines Gartenschlauchs.
3. Die richtige Position: Die Sonne muss hinter dir stehen, die Tropfen vor dir.

Treffen alle drei Bedingungen zu, wirkt jeder Regentropfen wie ein winziges Prisma.

Was passiert in einem einzelnen Tropfen?

Tritt Sonnenlicht in einen kugelförmigen Wassertropfen ein, geschieht dreierlei:

1. Brechung: Beim Übergang von Luft in Wasser wird das Licht langsamer und ändert seine Richtung.
2. Reflexion: Das Licht trifft auf die Rückseite des Tropfens, ein Teil wird zurückgeworfen.
3. Zweite Brechung: Beim Austritt aus dem Tropfen wird das Licht erneut gebrochen.

Entscheidend ist, dass jede Farbe etwas anders gebrochen wird. Man nennt das Dispersion. Kurzwelliges violettes Licht wird etwas stärker abgelenkt als langwelliges rotes. Das austretende Licht ist also in seine Farben zerlegt.

Das Geheimnis der 42 Grad

Das zurückkommende Licht verteilt sich nicht gleichmäßig in alle Richtungen, sondern bündelt sich unter einem bestimmten Winkel: etwa 42 Grad zur Richtung des einfallenden Sonnenlichts.

Stell es dir so vor: Suche den Punkt genau gegenüber der Sonne – den Schatten deines eigenen Kopfes. Alle Tropfen, die 42 Grad von diesem Punkt entfernt sind, schicken dir helles Licht. Zusammen bilden sie einen Kreis um diesen Punkt. Deshalb ist ein Regenbogen gebogen.

Die Farben ordnen sich nach diesem Winkel:

• Rot liegt bei etwa 42 Grad, am äußeren Rand des Bogens.
• Violett liegt bei etwa 40 Grad, am inneren Rand.

Jeder Tropfen schickt dir nur eine Farbe. Der Regenbogen, den du siehst, setzt sich aus Millionen Tropfen in verschiedenen Höhen zusammen, die jeweils ihre Farbe beisteuern.

Warum sieht man Regenbögen meist morgens und am späten Nachmittag?

Der Mittelpunkt des Regenbogens ist der Punkt gegenüber der Sonne – und der sinkt unter den Horizont, je höher die Sonne steigt. Steht die Sonne mehr als 42 Grad über dem Horizont, liegt der gesamte Regenbogen unter dem Horizont und ist vom Boden aus unsichtbar. Deshalb zeigen sich Regenbögen vor allem früh am Morgen und am späten Nachmittag, wenn die Sonne tief steht.

Doppelter Regenbogen: Warum sind die Farben vertauscht?

Manchmal erscheint über dem Hauptbogen ein zweiter, blasserer Bogen. Dieser Nebenregenbogen entsteht, wenn das Licht im Tropfen zweimal reflektiert wird.

• Er liegt bei etwa 51 Grad, außerhalb des Hauptbogens.
• Seine Farben sind vertauscht: Rot innen, Violett außen.
• Er ist schwächer, weil bei jeder Reflexion Licht verloren geht.

Der Himmel zwischen den beiden Bögen wirkt deutlich dunkler als die Umgebung. Man spricht vom Alexanderschen Dunkelband: Tropfen in diesem Bereich lenken kein Licht in deine Augen. Innerhalb des Hauptbogens ist der Himmel dagegen meist heller.

Warum erreicht man das Ende eines Regenbogens nie?

Der Sage nach liegt am Ende des Regenbogens ein Goldtopf. Leider kommst du dort nie an. Ein Regenbogen ist kein Gegenstand an einem festen Ort, sondern ein Bild, das von deiner Position abhängt.

Gehst du weiter, wandert der 42-Grad-Winkel mit, und andere Tropfen übernehmen die Aufgabe, dir Licht zu schicken. Der Regenbogen bleibt immer gleich weit entfernt. Aus demselben Grund sehen zwei Menschen nebeneinander eigentlich verschiedene Regenbögen aus verschiedenen Tropfen.

Mondregenbogen und Nebelbogen

Regenbögen gibt es nicht nur am Tag:

• Mondregenbogen: Auch das Licht eines hellen Vollmonds kann in Regentropfen einen Regenbogen erzeugen. Weil das Licht so schwach ist, erkennt das Auge kaum Farben, er wirkt meist weißlich – auf Fotos zeigen sich die Farben aber.
• Nebelbogen: Sind Nebeltröpfchen sehr klein, verschwimmen die Farben zu einem breiten, weißen Bogen.

Kurz gesagt

Ein Regenbogen entsteht, wenn Sonnenlicht in Regentropfen gebrochen und reflektiert und dabei in seine Farben zerlegt wird. Weil das Licht unter etwa 42 Grad zurückkommt, sehen wir einen Bogen um den Punkt gegenüber der Sonne. Jeder Regenbogen gehört nur dem, der ihn betrachtet – deshalb erreichst du sein Ende nie, egal wie weit du gehst.