Warum ist der Himmel blau? Experimente mit Streulicht

Wenn wir draußen nach oben schauen, blicken wir durch die Atmosphäre unserer Erde. Die besteht hauptsächlich aus Stickstoff und Sauerstoff – zwei Gasen, die eigentlich farblos, das heißt durchsichtig sind. Das zeigt sich uns nachts, denn dann sehen wir die Atmosphäre tatsächlich nicht, sondern den dunklen Weltraum dahinter mitsamt den Sternen. Bei Tag ist es allerdings vorbei mit der Durchsichtigkeit – sobald Licht auf unsere Atmosphäre fällt, erscheint der Himmel farbig, und die Sterne dahinter sieht man nicht mehr. Das liegt daran, dass Sonnenstrahlen, die auf die Atmosphäre treffen, von den Partikeln darin in verschiedene Richtungen abgelenkt (gestreut) werden. Ein Teil des geordneten Strahlenbündels, das von der Sonne kommt, erreicht uns am Ende des Weges durch die Atmosphäre dadurch als wildes Strahlendurcheinander, ohne dass wir den Ursprung der einzelnen Strahlen feststellen könnten. Stattdessen sehen wir den Himmel als helle Fläche aus unzähligen Einzel-Lichtstrahlen. Mit einem simplen Modellsystem könnt ihr diese Himmelsphänomene nachbilden und beobachten.

Und so wird es gemacht:

1. Füllt ein großes Glas mit Leitungswasser und gebt einen Schuss Milch dazu. Rührt ggfs. um, bis sich die Milch gleichmäßig im Wasser verteilt hat. Die Teilchen in der Milch streuen das Licht und machen das ursprünglich klare Wasser undurchsichtig, allerdings ohne das Wasser zu färben (Milch enthält keine Farbstoffe). Das ist euer Modell für die Atmosphäre. Die Sonne ersetzt ihr durch eine helle, weiß leuchtende Taschenlampe.
2. Nehmt das Glas und die Taschenlampe mit in einen dunklen Raum.
3. Haltet die Taschenlampe direkt an das Glas und leuchtet hindurch. Ein dunkler Schal kann ggfs. Ritzen zwischen Glas und Lampe abdichten, damit kein Licht zur Seite austritt und eure Beobachtung stört. Leuchtet zunächst von der Seite durch das Glas und schaut von vorne bzw. oben, dann leuchtet von hinten bzw. unten und schaut durch das Glas hindurch direkt in das Licht. Ihr könnt natürlich auch andere Winkel ausprobieren!

Das könnt ihr beobachten:

Das Milchwasser strahlt bläulich, wenn ihr mit der Taschenlampe von der Seite leuchtet und von vorn schaut. Wenn ihr direkt durch das Milchwasser ins Licht schaut, erscheint es dagegen rötlich-golden.

Was ist da los?

Warum leuchtet die sonst weiße Milch blau, wenn ihr seitlich zur Einfallsrichtung der Lichtstrahlen der Taschenlampe in die Milch schaut? Weißes Licht ist ein Gemisch aus Strahlen mit allen möglichen Wellenlängen bzw. Farben. Diese Farben werden aber nicht alle in gleicher Weise gestreut. Wie die Teilchen in der Luft streuen auch die Milchteilchen die blauen Strahlen (mit kurzen Wellenlängen) stärker als die roten (mit langen Wellenlängen). Wenn das weiße Licht nun von der Seite oder von oben kommt, werden die blauen Strahlen besonders weit (etwa im rechten Winkel) abgelenkt und dominieren das Streulicht. Dadurch erscheint uns das Milchwasser blau, und der Himmel erscheint ebenfalls blau, wenn die Sonne hoch über uns am Himmel steht. Schaut ihr dagegen durch das Milchwasser direkt in die Lampe, werden die blauen Strahlen zu den Seiten abgelenkt, sodass vornehmlich rotes Licht eure Augen erreicht: Das Milchwasser erscheint rötlich – wie auch der Himmel beim Sonnenuntergang oder -aufgang. Wenn ihr einen solchen beobachtet, werdet ihr feststellen, dass der Himmel nur in Richtung der Sonne rot leuchtet. Je weiter weg von der Sonne ihr in den Himmel blickt, desto weniger Rot werdet ihr sehen. Aus: Kathrin Degen, Chemische Spielereien, ISBN 978-3-527-35036-0 ​