Warum färben sich Sonne und Mond bei Sonnenaufgang und Sonnenuntergang rot?

Obwohl es sich um ein sehr häufiges Phänomen handelt, sind viele Menschen "überrascht", wenn sie sehen, dass Sonne und Mond am Horizont (entweder bei Sonnenaufgang oder bei Sonnenuntergang) eine tiefrote Farbe annehmen, und fragen sich, warum. Wir wollen in diesem Artikel versuchen, es zu erklären.

Um die rote Farbe der Sonne und des Mondes bei Sonnenauf- und -untergang zu erklären, müssen wir Schritt für Schritt vorgehen und mit der Sonne beginnen. Zunächst einmal müssen wir eine Eigenschaft des Sonnenlichts und eine Eigenschaft der Erdatmosphäre kennen. Ihre Kombination mit einer geometrischen Eigenschaft der Atmosphäre ergibt den beobachteten Effekt.

Sonnenlicht

Die Sonne ist ein Stern, und wie alle Sterne verfügt sie über eine interne Energiequelle. Die in ihrem Inneren kontinuierlich erzeugte Energie erreicht allmählich die Oberfläche und wird dann in Form von elektromagnetischerStrahlung (oder Wellen) von der Oberfläche abgestrahlt .

Die Sonne sendet Energie in Form von elektromagnetischen Wellen aus, die auf ihrer Reise durch den Weltraum die Erde erreichen und sie aufheizen.

Die von der Sonne ausgehende Strahlung hat verschiedene Farben, von rot bis violett. Die rote Strahlung ist die am wenigsten energiereiche, die grüne etwas stärker, die gelbe noch stärker und so weiter durch alle Farben bis hin zur violetten Strahlung, die die energiereichste ist.

Beispiel dafür, wie sich die Dicke der Atmosphäre, die von den Sonnenstrahlen durchquert wird, in Abhängigkeit vom Sonnenstand ändert: minimale Dicke im Zenit und maximale Dicke am Horizont.

Von allen Farben, die die Sonne ausstrahlt, ist die gelbe Farbe die intensivste. Tatsächlich wird die Sonne als gelber Zwergstern eingestuft. Dass die Sonne hauptsächlich gelbe Strahlung aussendet, hängt mit ihrer Oberflächentemperatur zusammen, die bei etwa 6.000 Grad liegt. Wesentlich kühlere Sterne strahlen hauptsächlich rote Strahlung ab, wesentlich heißere Sterne strahlen hauptsächlich blaue Strahlung ab.

Die Sonne sendet aber auch Strahlung aus, die das menschliche Auge nicht sehen kann; sie sendet Radiowellen (die am wenigsten energiereiche Strahlung) sowie ultraviolette Wellen (UV-Strahlen) und Röntgenwellen (die energiereichste Strahlung) aus. Der größte Teil der von der Sonne ausgesandten Strahlung ist jedoch sichtbar und farbig.

Es ist kein Zufall, dass das menschliche Auge im Laufe der Evolution eine maximale Empfindlichkeit für die Strahlung erreicht hat, die am meisten von der Sonne ausgeht. Wäre die von der Sonne ausgesandte Strahlung Röntgenstrahlung, so hätte sich das menschliche Auge so entwickelt, dass es Röntgenstrahlen sehen könnte, während farbige Wellen für es unsichtbar wären.

Es ist wichtig zu verstehen, dass alle von der Sonne ausgestrahlten Farben von Rot bis Violett gleichzeitig auf die Netzhaut des Auges treffen und zusammengemischt die Farbe Weiß ergeben.

Das Sonnenlicht besteht zwar aus allen Farben, ist aber weißes Licht.

Dies ist die erste wichtige Eigenschaft, die berücksichtigt werden muss, um das Phänomen der roten Sonne und des roten Mondes zu verstehen.

Die Atmosphäre

Die Atmosphäre über der Erdoberfläche setzt sich aus Luft und Wasserdampf zusammen. Wir wissen, dass die Luft hauptsächlich aus Stickstoff und Sauerstoff besteht. Diese Gase haben die Eigenschaft, die Sonnenstrahlung zu absorbieren.

Es werden jedoch nicht alle Farben der Sonnenstrahlung gleichermaßen absorbiert. Die Gase in der Atmosphäre absorbieren energiereichere Farben (in der Reihenfolge Violett, Indigo, Blau, Grün) und nach und nach weniger energiereiche Farben (Gelb, Orange, Rot).

Bei der Absorption handelt es sich genauer gesagt um einen Diffusionsprozess, bei dem das Luftmolekül die Sonnenstrahlung absorbiert und wieder abgibt, allerdings in alle Richtungen. Weniger als 10 % der ursprünglichen Strahlung wird in die ursprüngliche Richtung zurückgestrahlt, mehr als 90 % werden in andere Richtungen abgelenkt. Die atmosphärische Absorption bewirkt also im Wesentlichen eine Richtungsänderung der Sonnenstrahlung.

Wenn man sich vorstellt, direkt in die Sonne zu schauen, was man auf keinen Fall tun darf!!!, werden die Strahlen, die aus der Richtung der Sonne (von ihrer Scheibe) kommen, absorbiert und wieder emittiert, aber in einer anderen Richtung, sodass sie das Auge nicht erreichen.

Der geometrische Faktor

Wenn wir verstehen, wie weißes Licht zusammengesetzt ist und wie die Atmosphäre verschiedene Farben mit unterschiedlicher Effizienz absorbiert, kommt der geometrische Faktor ins Spiel.

Die Erdatmosphäre kann mit einer kugelförmigen Schicht von konstanter Dicke verglichen werden, die die Erdoberfläche bedeckt. Die Dicke der Atmosphäre ändert sich jedoch je nach Richtung. Wenn ich über meinen Kopf schaue (in Richtung Zenit), ist die Dichte der Atmosphäre minimal.

Wenn ich jedoch in Richtung Horizont blicke, nimmt die Dicke der Atmosphäre, durch die die Sonnenstrahlen dringen müssen, zunächst langsam und dann sehr schnell zu, bis sie knapp über dem Horizont ihr Maximum erreicht.

Wenn sich die Sonne in der Nähe des Horizonts befindet, durchdringen ihre Strahlen eine viel größere Schicht der Atmosphäre als wenn sie hoch am Himmel steht.

Wenn die Sonne hoch am Himmel steht, werden von allen farbigen Strahlen, die die Atmosphäre durchdringen, die violetten am meisten absorbiert, dann die blauen, die, in alle Richtungen zurückgestrahlt, den Himmel blau färben. Alle anderen Farben hingegen werden weniger stark absorbiert und gelangen an die Oberfläche, wo sie zusammengemischt als weißes Licht erscheinen.

Wenn sich die Sonne dem Horizont nähert, nimmt die Dicke der Atmosphäre zu und damit auch der Grad der Absorption. So wird zuerst die violette Strahlung absorbiert, dann die indigoblaue, dann die blaue, dann die grüne und schließlich die grüne Strahlung vollständig; da dann noch die Atmosphäre zu durchdringen ist, werden auch die grüne und die orangefarbene absorbiert, so dass am Ende nur noch die rote übrig bleibt.

Rosa Mond — Der Mond färbt sich rot, wenn er sich in der Nähe des Horizonts befindet, und zwar aufgrund des gleichen Phänomens, das auch bei der Sonne beobachtet wird.

Aus diesem Grund erscheint die Sonne in der Nähe des Horizonts rot.

Das weiße Licht der Sonne, das sich aus allen Farben zusammensetzt, wird von der Atmosphäre absorbiert, die, da sie am Horizont sehr dicht ist, es schafft, alle Farben zu absorbieren, sodass nur das Rot übrig bleibt.

Das gleiche Phänomen erklärt die rote Farbe des Mondes. Der Mond wird nämlich von der Sonne beleuchtet, sodass das vom Mond reflektierte Sonnenlicht dasselbe Phänomen aufweist, wenn der Mond nahe am Horizont steht.

Einigen Lesern wird sicherlich aufgefallen sein, dass dies auch für Sterne gilt, deren Farbe (je nach ihrer Oberflächentemperatur) dazu neigt, rot zu werden, wenn sie sich in der Nähe des Horizonts befinden.