Ein Regenbogen entsteht, wenn das direkte weiße Sonnenlicht (= Überlagerung von rotem, orangenem, gelben, grünem, blauem und violettem Licht) Wassertropfen beleuchtet. Dabei dringen die Sonnenstrahlen in die Tropfen ein, werden anschließend ein- oder zweimal im Innern eines Tropfens gespiegelt, um schließlich aus dem Tropfen aus zu treten. Dabei wird das Licht zweimal gebrochen. Da die verschieden farbigen Anteile des weißen Lichts unterschiedlich stark gebrochen werden, treten sie mit verschiedenen Winkeln aus dem Tropfen aus. Man sieht also nebeneinander farbige Kreisteilstücke.
1. Schritt: Der Regenbogen zeigt sich einem Beobachter, der die Sonne im Rücken hat und zu den vom Sonnenlicht beleuchteten Regentropfen hinschaut.
2. Schritt: Wir betrachten einen vom Sonnenlicht angestrahlten kugelförmigen Regentropfen.
3. Schritt: In der Schule hast du gelernt, dass weißes Licht mit Hilfe eines Prismas in alle in ihm enthaltene Farben zerlegt werden kann. Dies wird dadurch ermöglicht, weil die Lichtbrechung von der Wellenlänge (d. h. der Farbe) des Lichts abhängt. Rotes Licht hat eine größere Wellenlänge und wird daher weniger stark gebrochen als blaues Licht, das eine kleinere Wellenlänge hat. Beim Durchgang durch ein Prisma ist die Zerlegung des weißen Lichts besonders gut sichtbar, da es zweimal gebrochen wird, einmal beim Eintritt und einmal beim Austritt.
4. Schritt: Beim kugelförmigen Regentropfen ist es ähnlich, das Licht wird beim Eintritt in den Regentropfen ein erstes Mal gebrochen. Das gebrochene Licht gelangt dann bis zur gegenüberliegenden Innenseite des Regentropfen. Hier wird nun, genau wie beim Prisma, ein Teil des Lichts beim Austritt noch mal gebrochen. (Dieses Licht spielt beim Regenbogen keine Rolle.) Der andere Teil wird an der Innenseite des Regentropfens gespiegelt, gelangt also wieder zur Vorderseite, bevor er beim Austritt ein zweites Mal gebrochen wird. Die zwei Lichtbrechungen bewirken, dass das Sonnenlicht in seine Farben zerlegt wird. Daher treten die farbigen Strahlen unter verschiedenen Winkeln (zwischen 40° und 42°) aus dem Regentropfen aus - zurück zum Auge des Beobachters.
5. Schritt: Welche Strahlen fallen in das Auge des Beobachters? Die roten Strahlen kommen von höher gelegenen Tropfen, die violetten von tiefer gelegenen, die andern von dazwischen gelegenen Tropfen.
6. Schritt: Die Richtung der aus dem Tropfen austretenden violetten Strahlen bildet einen konstanten Winkel von 40° gegenüber der Einfallsrichtung des Sonnenlichts. Da alle Richtungen, die einen konstanten Winkel gegenüber einer bestimmten Richtung (Einfallsrichtung des Sonnenlichts) bilden, von einem Kreis her zu kommen scheinen, beobachtet man einen kreisförmigen Regenbogen.
Autor: André Mousset (MNHN)
